01. Лазерная Резка

Сегодня лазерная резка стремительно набирает популярность как в промышленности, так и в частном секторе экономики, отодвигая на второй план традиционные технологии.

Давайте разберемся, чем главные преимущества лазерной резки?

• Универсальность
Данная технология идеально подходит для резки металла, дерева, фанеры, оргстекла, ламината, оргалита, ABS, ПЭТ, поликарбоната, полистерола, пенополистерола и т.д. Применима как для резки и раскроя, так и для нанесения гравировки или маркировки. Универсальность лазерной резки позволяет использовать эту технологию для промышленных нужд, изготовления трафаретов, сувенирной и рекламной продукции, элементов декора, изделий по индивидуальным образцам и чертежам;

• Качество
Лазерная резка обеспечивает лучшее качество поверхности реза без заусенцев, поэтому дальнейшая механическая обработка не требуется;

• Скорость
Станок лазерной резки быстро настраивается под необходимое изделие и процедуру и отличается более высокой производительностью по сравнению с иными типами аналогичных установок;

• Стабильность и точность
Луч лазера обладает высокой стабильностью характеристик на всей площади обрабатываемого материала, обеспечивая сверхбыструю обработку с отличным качеством реза во всех точках листа и высокую точность резания; Лазерная резка идеально подходит для раскроя заготовок по сложному криволинейному контуру;

• Отсутствие механического воздействия
Лазерная резка подходит для обработки нежестких и легкодеформируемых материалов. Таким образом, использование лазерной резки – это прежде всего снижение затрат за счет высокой скорости обработки деталей, отсутствия необходимости механической постобработки и непревзойденного качества и точности резания.

1. 1 Комплектующие для лазера CO2

Основными комплектующими для создания ЧПУ системы CO2 лазерной резки/гравировки являются:

1) Блоки питания лазерной трубки;
2) Лазерная трубка;
3) Линзы;
4) Зеркала;
5) Система охлаждения;
6) Защитные очки

1.1.1 Блоки питания (блоки розжига):

Системы лазерной гравировки/резки обязательно должны быть оборудованы блоком розжига лазерной трубки CO2 соответствующей мощности.

Блоки питания лазеров – важная деталь, от которой зависит работоспособность лазерного станка. Как и любые элетротехнические изделия, они рано или поздно теряют мощность, изнашиваются, перегорают и поэтому периодически их рекомендуется менять. Кроме того, не стоит забывать, что блоки питания лазеров различаются по мощности: если блок окажется слишком слабым, лазерная трубка попросту не включится.

laz1.jpg

1.1.2 Лазерная трубка:

Лазерная трубка - основной расходный элемент лазерных станков для резки и гравировки.

Частота, с которой Вам придется заменять лазерную трубку на своем станке, зависит от многих факторов. Но если отбросить такие моменты, как необходимость поддерживать лазерную трубку в диапазоне температур 20-25 градусов Цельсия и при нормальном атмосферном давлении, то остается два главных фактора - мощность, при которой происходит резка, и срок эксплуатации. Заявленный производителем срок службы трубы в эксплуатации составляет порядка 3000 часов. Таким образом, несложно подсчитать, что при работе в одну смену, лазерная трубка проработает около года. Разумеется, при наличии достаточного охлаждения, возможности "отдохнуть" и с учетом того, что лазерная резка оргстекла, пластика или дерева осуществляется в диапазоне мощностей 60-80% от номинальной.

laz2.jpg

1.1.3 Линзы:

Линзы и зеркала являются важной частью лазерного станка, ведь без тщательно отъюстированного и сфокусированного лазерного пучка процесс резки/гравировки либо невозможен вообще, либо результат зачастую оказывается плачевным. В силу различных причин, а это чаще всего несвоевременная или недостаточно аккуратная их чистка, линзы для лазера и зеркала для лазера выходят из строя - рабочий процесс моментально останавливается и требуется замена оптических элементов. Наиболее популярными в маломощных лазерных станках являются селенидовые типы линз ZnSe (селенид цинка). Основное преимущество при работе с данным типом линз -любые загрязнения или повреждения, полученные в процессе работы, на них выглядят гораздо заметнее, что бывает полезно для быстрого определения причины снижения мощности.


laz3.jpg


1.1.4 Зеркала:

Зеркала, устанавливаемые на лазерные станки с излучателями малой мощности, для их "суммирования".

Бывают двух видов:

Si (кремниевые) и Mo (молибденовые). С ними тоже все просто: кремниевые зеркала для лазерных граверов золотистые, а молибденовые зеркала - серебристые. Рекомендуется использовать именно молибденовые зеркала, т.к. они более прочные и стойкие к истиранию, по причине различной технологии изготовления (молибденовые - это просто полированный молибден, а кремниевые - это подложка из кремния с нанесением золота), а значит переживут большее количество циклов очистки.

Разница в коэффициенте отражения у них ~1% (>98% против >99%) в пользу Si, но при мощностях, на которых работает лазер, даже 3% (после прохода 3 зеркал) потерь - это несущественный показатель. Кроме того, царапается Si зеркало существенно быстрее, а значит и отражать будет все хуже и хуже.


1.1.5 Система охлаждения:

Чиллер для лазерного станка является необходимым устройством при эксплуатации СО2 лазеров. Лазерная трубка нуждается в постоянном охлаждении посредством циркуляции воды. Многие используют для этой цели обычные аквариумные насосы и, зачастую, их мощности хватает, особенно при низкой рабочей мощности трубки. Но если лазер работает при высокой мощности, и в условиях повышенной температуры окружающей среды необходимо вводить систему охлаждения. Трубка должна работать при температуре +20...+22 и отклонения, особенно в большую сторону, чреваты более быстрым выходом излучателя из строя.

1.1.6 Защитные очки

Требуются защитные очки от излучения длины волн 10600нм.


1.2 Особенности устройства механической части станка

1.2.1 Координатный стол

Координатный стол лазерного станка предназначен для точного позиционирования фокусирующего элемента относительно изделия. Точность контуров, скоростные показатели при гравировке и контурной обработке, качество изделий зависят, в первую очередь, от этого элемента конструкции. Несущую функцию выполняет станина или корпус станка. К ней предъявляются требования жёсткости и точности геометрии. Для точного и плавного перемещения подвижных элементов, на станину установлены направляющие. От их качества зависит долговечность лазерно-гравировального станка и нагрузка на приводящую часть конструкции. В качестве привода, передающего усилие с моторов на подвижные части, могут выступать как зубчатые ремни, так и шарико-винтовые пары. (см. Рис.1)


laz4.jpg

laz5.jpg

1.2.2 Летающая оптика

Для того, чтобы лазерное излучение попало точно в нужное место на материале, на подвижных частях координатного стола лазерно-гравировального станка установлена система зеркал. Луч, покидая лазерную трубку, встречает на своём пути первое, неподвижное, зеркало, после чего отражается и меняет траекторию. (см. рис. 2)

laz6.jpg

Для того, чтобы энергия луча не рассеялась зеркало изготовлено из специального материала и отполировано с высокой точностью, либо покрыто составом, уменьшающим рассеяние. После того, как первое, неподвижное, зеркало отразило луч, он попадает на второе зеркало, которое подвижно и отразив луч, снова меняет его траекторию под прямым углом, направляя лазерный луч к третьему зеркалу, которое, в свою очередь отражает луч в фокусирующий элемент – линзу. Надо заметить, что в зависимости от мощности излучающего элемента диаметр луча на выходе из него может достигать десяти миллиметров. Линза фокусирует энергию луча в пятно диаметром всего в две десятые миллиметра. Вся энергия, излученная лазерной трубкой, оказывается в этой небольшой точке.

1.2.3 Оптическая схема станка

Типовая схема оптического тракта лазерного гравера представлена на рис. 3.1.

laz7.jpg

Черными цифрами обозначены:

1- лазерный излучатель
2- первое неподвижное зеркало
3 - второе зеркало
4 - третье зеркало "летающей оптики"
5- тубус с фокусирующей линзой
6 - обрабатываемый материал
7 - рабочий стол

Линзы отражения закреплены на первой, второй стойке и лазерной головке. Лазерный луч формируется в лазерной трубке, отражается от неподвижно стоящей отражающей линзы, затем от линзы, движущейся по оси Y и попадает в линзу, находящуюся в лазерной головке. Отражаясь от нее, луч лазера проходит через фокусирующую линзу и попадает на материал.

При воздействии луча лазера на материал происходит плавление или испарение материала. Фокусирующая линза может иметь различное фокусное расстояние. Для того, чтобы получить максимальную мощность от лазерной трубки, лазерный луч должен проходить через центры отражающих зеркал и попадать точно в центр фокусирующей линзы. Это основной принцип настройки оптической системы лазерной машины.

Оптическая система лазерного оборудования боится грязи. Для долгой и надежной работы лазерной машины необходимо перед каждой рабочей сменой протирать линзы специальным раствором.

Отражатели закреплены тремя винтами с пружинами. Монтаж проводить аккуратно, не касаясь поверхностей линз. Фокусная линза установлена внутри лазерной головки с помощью кольца и резиновой прокладки. Для ее установки необходимо снять лазерную головку. Аккуратно вставить линзу, не трогая ее поверхность и не царапая, потом резиновую прокладку и закрепить с помощью кольца. При установке линзу необходимо положить выпуклой стороной вниз. Отражающие линзы настраиваются с помощью трех болтов, расположенных сзади. Отражающая и фокусирующая линзы в лазерной головке не нуждаются в настройке.

laz8.jpg

1.3. Параметры реза для разных материалов и мощностей

tlaz131.jpg

02. Плазменная резка

Технология плазменной резки позволяет выполнять резку металла с более высокой скоростью и качеством. Также важно отметить, что системы плазменной резки успешно применяются для резки различных типов металла, включая окрашенный, ржавый и грязный металл. Другим преимуществом аппаратов плазменной резки является их способность выполнять резку с использованием исключительно электрической энергии и сжатого воздуха. При этом нет необходимости покупать газ в баллонах, что позволяет сэкономить на покупке газа и аренде баллонов, а также их погрузке и выгрузке. Благодаря этим и другим преимуществам использования технологии плазменной резки при выполнении определенных производственных задач значительно снижаются расходы на метр длины резки по сравнению с кислородно-газовой резкой.

Скорость резки
В настоящее время толщина около 90% разрезаемого металла составляет 25 мм или меньше. В этом диапазоне технология плазменной резки имеет неоспоримое преимущество, обеспечивая высокую скорость резки. Она может как минимум в два раза превышать скорость кислородно-газовой резки. С уменьшением толщины разрезаемого металла скорость плазменной резки увеличивается до 12 раз по сравнению с кислородно-газовой резкой. Высокая скорость резки позволяет увеличить производительность, благодаря чему вы можете вырезать большее количество деталей за меньшее время.

Скорость прожига
Среди множества операций резки очень важной является сквозной прожиг металла. Аппараты кислородно-газовой резки позволяют выполнять прожиг стали толщиной 15 мм в течение 30 секунд, так как металл необходимо предварительно нагреть до температуры почти 1000ºC. А системы плазменной резки позволяют выполнять прожиг стали указанной толщины менее чем за две секунды, при этом значительно увеличивая производительность.

Качество резки
Кроме скорости резки другим важным фактором, определяющим выбор оборудования для резки металла, является качество. В целом, системы плазменной резки обеспечивают более высокое качество резки по сравнению с аппаратами кислородно-газовой резки. Например, при использовании систем плазменной резки образуется минимальное количество окалины, которая очень легко удаляется. Кроме того, важно отметить, что, выполняя качественную резку, системы плазменной резки требуют меньше времени для их управления. Современные системы плазменной резки оснащены защитными экранами, которые автоматически обеспечивают надлежащую высоту резака над листом металла и используются для работы с предварительно вырезанными шаблонами для улучшения операторского управления и, следовательно, качества резки.

Благодаря высокой скорости резки значительно снижается температура нагрева рабочей детали. Системы плазменной резки позволяют избегать деформации тонких листов металла (толщиной 1-6 мм) в отличие от аппаратов кислородно-газовой резки. Кроме того, современные резаки систем плазменной резки просты в управлении и обеспечивают превосходный обзор вырезаемой детали. Эти факторы также способствуют улучшению качества резки.

Универсальность
Возможность резать несколько типов металла является очень важной при выполнении многих производственных операций. Процесс образования электрической дуги, лежащий в основе технологии плазменной резки, позволяет проще выполнять резку любого электропроводного материала, включая алюминий, медь, мягкую низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь и другие металлы. Кроме того, технология плазменной резки позволяет выполнять резку нескольких листов металла, сложенных один на другой. Используя технологию кислородно-газовой резки, выполнять указанные выше операции невозможно. Эта потрясающая универсальность открывает богатые возможности и увеличивает общую производительность.

Безопасность
Горючий газ высокого давления и открытое пламя представляют собой опасность во многих производственных средах, однако несмотря на это, они являются неотъемлемой составляющей кислородно-газовой резки. Кроме того, из-за опасностей, связанных с кислородно-газовой резкой, пользователь должен иметь дорогостоящую страховку. Для перевозки газовых баллонов необходимы особые условия, которые также увеличивают операционные расходы. Системы плазменной резки не требуют использования открытого пламени или какого-либо горючего газа, а потому полностью устраняют подобные опасности и дополнительные операционные расходы. Кроме того, при плазменной резке выделяется гораздо меньше тепла и значительно снижается опасность, связанная с обработкой горячего металла при его резке. Ширина зоны теплового воздействия, образуемой при использовании систем плазменной резки, составляет 2 мм, в то время как ширина зоны, образуемой при резке мягкой низкоуглеродистой стали толщиной 18 мм при помощи аппаратов кислородно-газовой резки, составляет 12 мм.

Повышенная надежность
Это утверждение справедливо отражает суть последнего поколения технологии плазменной резки. Количество деталей в источниках питания, использованных в предыдущих поколениях систем, было уменьшено более чем в два раза. Использование меньшего количества деталей значительно повышает надежность и производительность данных систем при тех же или даже более низких первоначальных капиталовложениях. Кроме того, новейшие системы плазменной резки оснащены опциями, способствующими сокращению времени и стоимости, затрачиваемых на техническое обслуживание и ремонт оборудования, включая свободный доступ к компонентам систем и программы автоматической самодиагностики, работающие при запуске системы и во время ее эксплуатации. Благодаря этому система работает с максимальной отдачей, способствуя снижению операционных расходов, а также увеличению производительности и качества резки.

Низкая стоимость и улучшенная компактность
Кроме того, технология плазменной резки позволяет снизить вес систем и увеличить их общую производительность. Современные однофазные системы плазменной резки весят всего лишь 9 килограммов и без труда выполняют резку металла толщиной 12 мм. Эти системы плазменной резки позволяют выполнять новые виды производственных операций при улучшенной компактности. Принимая во внимание все из указанных выше аспектов, всем пользователям, выполняющим резку металла, рекомендуется внимательно изучить преимущества технологии плазменной резки.



2.1 Источники плазменной резки

Источники (аппараты) плазменной резки как правило характеризуются такими параметрами, как максимальная толщина и скорость резания металла. Эти, а так же другие технические характеристики не дают полной информации для выбора подходящего источника плазменной резки для конкретных целей. Это связано с тем, что при сходных технических параметрах, различные установки выполняют резание с разным качеством.

Наиболее популярные агрегаты:

1. MetalCut;
2. Hypertherm;
3. Сварог;
4. Барс;
5. Пурм.

Из изделий российского и зарубежного производства самым надежным по функциональным возможностям специалисты называют американский плазморез Hyperterm. Они самые распространенные на российском рынке.

Ниже приведена таблица которая поможет вам с выбором подходящего источника плазменной резки из линейки продукции Hypertherm.

tlaz21.jpg

2.2 Газы для плазменной резки

Газы имеют решающее значение для качества резки материалов. В зависимости от типа разрезаемого металла применяются различные газы или сочетания газов. Каждый газ имеет специфические свойства , используемые для резки материалов различной вязкости. Ниже дан обзор типовых газов, применяемых при плазменной резке для различных типов металла.

tlaz22.jpg

Свойства газов для плазменной резки

Газы оказывают большое влияние на качество резания. Чтобы процесс плазменной резки был экономичен и при этом достигались оптимальные результаты, должны использоваться плазмообразующие технологические газы, соответствующие обрабатываемому материалу. При этом решающее значение имеют их физические свойства. Необходимо учитывать их энергию ионизации и диссоциации, теплопроводность, атомную массу и химическую реакционную способность.


Аргон
Аргон является инертным газом. Это означает, при процессе резки он не реагирует с материалом. Благодаря его большой атомной массе (самой большой среди всех газов для плазменной резки), он эффективно выталкивает расплав из прорези. Это происходит благодаря тому, что может достигаться большая кинетическая энергия струи плазмы. С учетом малого потенциала ионизации он превосходно пригоден для зажигания струи плазмы. Однако аргон не может использоваться в качестве единственного газа для резки, так как он имеет низкую теплопроводность и малую теплоемкость.

Водород
В отличие от аргона, водород имеет очень хорошую теплопроводность. Кроме того, водород диссоциирует при высоких температурах. Это означает, что от электрической дуги отбирается большое количество энергии (а также при ионизации) и, тем самым, происходит более хорошее охлаждение граничных слоев. Благодаря этому эффекту электрическая дуга сжимается, т. е. достигается более высокая плотность энергии. В результате процессов рекомбинации отобранная энергия снова высвобождается в виде тепла в расплаве. Однако водород тоже не пригоден в качестве единственного газа, так как, в отличие от аргона, он имеет очень малую атомную массу и поэтому не может достигаться достаточная кинетическая энергия для выталкивания расплава.

Азот
Азот - это химически пассивный газ, реагирующий с деталью лишь при высоких температурах. При низких температурах он инертен. В отношении свойств (теплопроводности, энтальпии и атомной массы) азот можно поместить между аргоном и водородом. Поэтому его можно использовать в качестве единственного газа в диапазоне тонких высоколегированных сталей - как в качестве режущего, так и в качестве вихревого газа.


Кислород
По теплопроводности и атомной массе кислород ближе к азоту. Кислород имеет хорошее сродство к железу, т. е., в результате процесса окисления освобождается тепло, которые можно использовать для увеличения скорости резки. Несмотря на эту реакцию, процесс считается резкой расплавлением, а не выжиганием, так как реакция с материалом происходит слишком медленно и перед этим материал уже успевает расплавиться. Кислород применяется, в основном, в качестве режущего и вторичного газа для нелегированных и низколегированных сталей.

Воздух
Воздух состоит, в основном, из азота (ок. 70%) и кислорода (ок. 21%). Поэтому могут одновременно использоваться полезные свойства обоих газов. Воздух является одним из самых дешевых газов и применяется для резки нелегированных, низколегированных и высоколегированных сталей.

Смеси газов
Вышеперечисленные газы часто применяются и в виде смесей. Так, например, хорошие тепловые свойства водорода можно сочетать с большой атомной массой аргона. Высоколегированные стали и алюминий можно резать начиная с толщины 5 мм. При этом доля водорода выбирается в зависимости от толщины материала. Чем толще материал, тем выше должна быть доля водорода. Можно использовать максимум 35 объемных %. Разумеется, возможны и другие сочетания, например, смеси азота с водородом или смеси аргона, азота и водорода.


2.3 Методы повышения качества резки

Для достижения наилучшего результата следует опробовать и испытать все эти методы, поскольку зачастую на качество резки влияет множество факторов:

- Тип станка для плазменной резки (координатный стол, суппорт для резки труб, промышленный робот)
- Источник плазменной резки (источник тока, резак, расходные материалы)
- Устройство управления перемещением (ЧПУ, система регулировки высоты резака)
- Технологические параметры (скорость резки, значения давления газа, расход)
- Внешние переменные факторы (неоднородность материалов, чистота газов, опыт оператора)

Поэтому для совершенствования процесса резки важно учитывать все эти факторы.

Проблемы качества резки.

tlaz23.jpg

Основные действия для повышения качества резки

Действие 1

Проверка направления плазменной дуги.

- Наиболее прямые углы среза при резке всегда находятся справа по направлению движения резака.
- Проверьте направление резки.
- При необходимости измените направление резки.
- Плазменная дуга при использовании стандартных расходных материалов вращается по часовой стрелке.
Контур
- Резак движется по часовой стрелке.
- Хорошая сторона среза находится справа от резака при его движении вперед.

dlaz1.jpg

 - Внутренняя функция (отверстие).

Резак движется против часовой стрелки.
- Хорошая сторона среза находится справа от резака при его движении
вперед.

Лист с внутренним отверстием

dlaz12.jpg


Действие 2

Проверка выбора процесса в соответствии с материалом и толщиной.

См. технологические карты резки в разделе «Эксплуатация» инструкции по эксплуатации Hypertherm.

dlaz2.jpg

Обязательно соблюдайте технические характеристики, приведенные в технологических картах резки.

Выберите подходящий процесс с учетом перечисленных ниже факторов:
- Тип материала.
- Толщина материала.
- Требуемое качество среза.
- Требования к производительности.
- Выберите нужный плазмообразующий и защитный газ.
- Выберите нужные значения следующих параметров.
- Значения давления газа (или расходы).
- Расстояние между резаком и изделием и дуговое напряжение.
- Скорость резки.

Убедитесь, что используются соответствующие расходные материалы (для этого нужно проверить коды материалов).

dlaz22.jpg

Примечание. Обычно при процессах с малым током удается достичь меньшей угловатости и более качественной поверхности, однако при этом ниже скорость резки и больше окалины.

Действие 3

Проверка износа расходных материалов

- Проверьте износ расходных материалов.
- Замените изношенные расходные материалы.
- Электрод и сопло нужно заменять одновременно.
- Не наносите на уплотнительные кольца излишнее количество смазки.

Примечание: для достижения наилучших показателей резки
используйте подлинные расходные материалы Hypertherm.


Действие 4

Проверка перпендикулярности резака заготовке.

- Выровняйте заготовку.
- Расположите резак перпендикулярно заготовке (относительно и передней, и боковой сторон.

dlaz4.jpg

Примечание: проверьте материал на наличие неровностей и искривлений. В сложных случаях перпендикулярности добиться невозможно.

Действие 5

Проверка корректности расстояния между резаком и изделием.

- Отрегулируйте расстояние между резаком и изделием.
- При использовании управления дуговым напряжением отрегулируйте напряжение.

Примечание: по мере износа расходных деталей нужно регулировать дуговое напряжение для поддержания нужного расстояния между резаком и изделием. Расстояние между резаком и изделием может влиять на угловатость среза.

dlaz5.jpg



Отрицательный угол среза. Резак расположен слишком низко. Увеличьте расстояние между резаком и изделием.
Положительный угол среза. Резак расположен слишком высоко. Уменьшите расстояние между резаком и изделием.
Примечание. Небольшое расхождение угла среза является нормальным, если оно находится в пределах допуска.

Действие 6

Проверка используемой скорости резки.

- Отрегулируйте скорость резки, как необходимо.

Примечание: cкорость резки может влиять на объем окалины.

Окалина высокой скорости. Слишком высокая скорость резки (дуга отстает); нужно уменьшить скорость.

Окалина низкой скорости. Слишком низкая скорость резки (дуга уходит вперед); нужно увеличить скорость.

Верхнее забрызгивание. Слишком высокая скорость резки, ее нужно уменьшить.

Примечание. Помимо скорости, на уровень образования окалины влияет состав материала и качество его поверхности. По мере нагревания заготовки в ходе последующих операций резки может образовываться большее количество окалины.


Действие 7
Проверка наличия проблем с системой подвода газа:
- Найдите и устраните все утечки или сужения.
- Используйте регуляторы и газопроводы нужного сечения.
- Используйте чистый высококачественный газ.
- Если требуется ручная очистка, например при использовании MAX200, убедитесь, что цикл очистки завершен.
- Обратитесь к поставщику газа.


Действие 8

Проверка наличия вибрации резака.

- Убедитесь, что резак надежно зафиксирован в портале станка.
- Обратитесь к изготовителю комплектного оборудования. Возможно, необходимо техническое обслуживание станка.

Действие 9

Проверка необходимости настройки стола.

- Убедитесь, что станок обеспечивает выполнение резки на заданной скорости.
- Обратитесь к изготовителю комплектного оборудования. Возможно, необходимо выполнить настройку скорости.



scroll-up