Лазерная резка металла: технология, виды лазеров и выбор оборудования

Лазерная резка металла — высокоточная технология раскроя листовых материалов с помощью сфокусированного луча высокой мощности. Метод применяется в машиностроении, приборостроении, рекламном производстве, изготовлении металлоконструкций и мебели. Разбираемся в принципах работы, типах лазеров и выборе оборудования.

Принцип работы технологии

Лазерный луч фокусируется в пятно диаметром 0,1-0,3 мм и нагревает металл в точке воздействия выше температуры плавления. Расплавленный металл выдувается из зоны реза струёй вспомогательного газа под давлением 2-30 бар.

Режущая головка перемещается по заданной траектории с помощью системы ЧПУ. Компьютерная программа преобразует чертёж детали в код управления приводами по осям X и Y. Высокая скорость перемещения (до 100 м/мин на холостых ходах) обеспечивает производительность до 10-15 деталей в час в зависимости от сложности контура.

Бесконтактная обработка исключает механическое давление на заготовку, что позволяет резать тонкие листы без деформации. Узкая зона термического влияния (0,5-2 мм) предотвращает коробление материала и изменение его структуры.

Факторы, влияющие на качество резки

Мощность лазера— основной параметр, определяющий максимальную толщину реза. Для стали толщиной до 3 мм достаточно 1-2 кВт, для 10 мм требуется 4-6 кВт, для 20 мм нужно 10-12 кВт.

Диаметр луча и качество фокусировки— влияют на ширину реза и чистоту кромки. Качественная оптика обеспечивает диаметр пятна 0,1-0,2 мм с равномерным распределением энергии.

Тип вспомогательного газа— кислород ускоряет резку чёрного металла за счёт экзотермической реакции, азот обеспечивает чистую кромку без окисления, воздух — универсальный экономичный вариант.

Скорость перемещения головки— должна соответствовать мощности лазера и толщине материала. Избыточная скорость приводит к недорезу, недостаточная — к оплавлению кромки.

Состояние поверхности материала— ржавчина, окалина, масляные загрязнения снижают качество реза и могут повредить оптику. Предварительная очистка улучшает результат.

Настройка фокусного расстояния— расстояние от линзы до поверхности металла критично для качества реза. Отклонение на 1-2 мм ухудшает результат.

Преимущества лазерной резки металла

Высочайшая точность— отклонение от заданного контура не превышает ±0,05-0,1 мм. Позволяет изготавливать детали со сложной геометрией и мелкими элементами.

Чистая кромка— при правильно подобранных параметрах кромка не требует механической обработки. Шероховатость поверхности реза составляет Ra 3,2-6,3 мкм.

Минимальная ширина реза— 0,2-0,5 мм против 1-3 мм при механической резке. Это снижает отходы материала и позволяет размещать детали плотнее на листе.

Отсутствие инструментального износа— луч не изнашивается, не требует заточки и замены режущих кромок. Единственные расходники — защитные стёкла и газ.

Универсальность по толщине— один станок режет сталь от 0,5 до 25 мм, алюминий от 0,5 до 20 мм, нержавейку от 0,5 до 20 мм без смены оснастки.

Бесконтактная обработка— исключает деформацию тонких листов и хрупких материалов, позволяет резать детали сложной формы без специальных приспособлений.

Высокая скорость— резка стального листа 3 мм на мощности 3 кВт со скоростью до 3-5 м/мин. Производительность значительно выше механических методов.

Экономия материала— программы раскроя размещают детали с зазором 1-2 мм, обеспечивая использование 85-95% площади листа против 70-80% при механической резке.

Типы лазеров для резки металла

CO2-лазеры

Генерируют излучение длиной волны 10600 нм путём возбуждения смеси газов (CO2, азот, гелий) электрическим разрядом в стеклянной трубке. Излучение проходит через систему зеркал и фокусируется на материале.

Преимущества:режут широкий спектр материалов (металл, дерево, пластик, стекло), доступная стоимость оборудования, простота обслуживания.

Недостатки:КПД 10-15%, не режут высокоотражающие металлы (медь, латунь, алюминий без специальной обработки), требуют вспомогательного газа, хрупкая оптическая система с зеркалами требует точной юстировки.

Применение:резка стали, нержавейки, оцинковки толщиной до 25 мм, универсальные станки для различных материалов.

Волоконные лазеры

Луч генерируется в оптическом волокне, легированном редкоземельными элементами (иттербий, эрбий, неодим). Излучение длиной волны 1064 нм передаётся по гибкому волокну к режущей головке.

Преимущества:КПД 30-40% — в 3-4 раза выше CO2, режут все металлы включая высокоотражающие (медь, латунь, алюминий), не требуют вспомогательного газа для генерации, компактная конструкция без зеркал, стабильный луч не требует юстировки, меньше движущихся частей — выше надёжность.

Недостатки:режут только металлы и некоторые пластики, высокая начальная стоимость оборудования, не подходят для дерева и органики.

Применение:резка всех типов металлов толщиной до 30 мм, высокоскоростная резка тонких листов (до 3 мм), обработка отражающих металлов.

Сравнение технологий

Волоконные лазеры режут металл в 2-3 раза быстрее CO2 за счёт лучшего поглощения излучения металлами на длине волны 1064 нм. Потребление электроэнергии волоконного лазера в 3-4 раза ниже при той же мощности резки.

Обслуживание волоконных лазеров дешевле — отсутствие зеркал и газовой смеси снижает эксплуатационные расходы. Однако CO2-лазеры универсальнее и режут неметаллические материалы, что важно для многопрофильных производств.

Металлы, пригодные для лазерной резки

Углеродистая сталь— наиболее распространённый материал для лазерной резки. Режется с высокой скоростью на кислороде или азоте. Толщина до 30 мм.

Нержавеющая сталь— требует резки на азоте под давлением 15-25 бар для предотвращения окисления кромки. Чистая светлая кромка готова к сварке и полировке. Толщина до 20 мм.

Оцинкованная сталь— цинковое покрытие испаряется в зоне реза, не влияя на процесс. Используется кислород или азот. Толщина до 6 мм.

Алюминий и сплавы— высокая теплопроводность и отражательная способность требуют мощных волоконных лазеров. Резка на азоте обеспечивает чистую кромку. Толщина до 20 мм.

Латунь— высокая отражательная способность затрудняет резку CO2-лазерами. Волоконные лазеры режут латунь с использованием азота под давлением 10-15 бар. Толщина до 15 мм.

Медь— самый сложный материал из-за максимальной теплопроводности и отражательной способности. Экономически целесообразна резка только тонких листов до 5 мм мощными волоконными лазерами.

Титан— режется хорошо благодаря низкой теплопроводности. Требуется защитная атмосфера аргона для предотвращения окисления при высокой температуре. Толщина до 10 мм.

Конструкционные и легированные стали— обрабатываются аналогично углеродистым сталям с корректировкой параметров под конкретный сплав.

Устройство станка лазерной резки

Лазерный генератор— источник излучения мощностью от 1 до 30 кВт для промышленных станков.

Оптическая система— зеркала (в CO2-лазерах) или волокно (в волоконных) для передачи луча к режущей головке.

Режущая головка— фокусирует луч через систему линз и подаёт вспомогательный газ через сопло в зону реза.

Портальная система— перемещает режущую головку по осям X и Y с точностью ±0,05 мм и скоростью до 100 м/мин на холостых ходах.

Рабочий стол— поддерживает лист металла. Бывает щелевой, щёточный или реечный для минимального контакта с заготовкой и свободного удаления отходов.

Система ЧПУ— компьютер с программным обеспечением для преобразования чертежей в траекторию движения головки.

Система вытяжки— удаляет дым, пары и мелкие частицы из рабочей зоны. Производительность 3000-10000 м³/час в зависимости от мощности лазера.

Чиллер охлаждения— поддерживает рабочую температуру лазера и оптики. Мощность от 3 до 30 кВт теплосъёма.

Система подачи газа— компрессор или баллоны для вспомогательного газа с системой регулирования давления.

Особенности резки различных металлов

Чёрная сталь— оптимальная резка на кислороде под давлением 2-5 бар. Экзотермическая реакция окисления дополнительно нагревает металл, ускоряя процесс. Кромка получается с тёмным окислом, что допустимо для большинства конструкций. Минимальная требуемая мощность 0,5-1 кВт.

Нержавеющая сталь— резка только на азоте под давлением 15-25 бар для получения чистой кромки без окисления. Кислород вызывает потемнение кромки и ухудшает коррозионную стойкость. Требуется мощность от 1 кВт.

Цветные металлы— алюминий, латунь, медь режутся на азоте под давлением 10-20 бар. Требуются мощные лазеры от 2 кВт из-за высокой теплопроводности и отражательной способности. Волоконные лазеры эффективнее CO2 в 3-5 раз.

Фигурная резка с острыми углами— на углах скорость снижается до нуля, что может вызвать оплавление. Используется автоматическая коррекция мощности — снижение на 30-50% при замедлении на углах.

Резка отверстий малого диаметра— минимальный диаметр отверстия равен толщине материала. Для листа 3 мм минимальный диаметр 3 мм. Меньшие отверстия получаются конусными.

Медь толщиной более 5 мм— экономически нецелесообразна из-за высокой теплопроводности. Требуются очень мощные лазеры (15-20 кВт), а скорость резки падает в 5-10 раз по сравнению со сталью.

Алгоритм работы с лазерным станком

1. Подготовка чертежа— создание векторного файла детали в CAD-программе (AutoCAD, SolidWorks, CorelDRAW) с точными размерами и контурами.
2. Раскладка деталей— импорт чертежей в программу раскроя, автоматическое размещение деталей на листе с минимальными зазорами (1-2 мм) для экономии материала.
3. Назначение параметров резки— выбор мощности, скорости, типа газа и давления для каждого контура в зависимости от материала и толщины.
4. Генерация управляющей программы— преобразование раскладки в G-код для системы ЧПУ с траекториями движения и параметрами резки.
5. Подготовка станка— загрузка листа металла на рабочий стол, проверка фокусного расстояния, включение вытяжки и охлаждения.
6. Пробная резка— изготовление одной детали для проверки качества реза и точности размеров, корректировка параметров при необходимости.
7. Серийная резка— запуск автоматического цикла обработки всего листа, контроль процесса оператором.
8. Выгрузка и сортировка— удаление готовых деталей и остатков листа, сортировка деталей по заказам.
9. Постобработка— удаление заусенцев, зачистка острых кромок, обезжиривание перед покраской или сваркой при необходимости.
10. Обслуживание станка— очистка линз и защитных стёкол, проверка юстировки (для CO2), очистка стола от мелких обрезков.

Постобработка после лазерной резки

Качественная лазерная резка на оптимальных параметрах даёт кромку, не требующую обработки. Однако для некоторых применений необходима постобработка.

Удаление заусенцев— мелкие наросты расплава на обратной стороне удаляются щёткой или виброшлифовкой.

Зачистка острых кромок— кромка реза имеет острые края. Для безопасности и эстетики выполняется снятие фаски 0,3-0,5 мм вручную или на кромкошлифовальном станке.

Обезжиривание— удаление масляных загрязнений растворителями перед покраской, порошковым напылением или сваркой.

Покраска и порошковое напыление— защитно-декоративное покрытие деталей после обезжиривания.

Полировка— для нержавеющей стали и алюминия применяется механическая или химическая полировка для получения зеркальной поверхности.

Гидропогружение— нанесение декоративных плёнок для создания рисунков и текстур.

Выбор станка для вашего производства

Тип лазера— волоконный для работы только с металлами и максимальной производительности, CO2 для универсального применения с металлами и неметаллами.

Мощность— 1-2 кВт для тонких листов до 3 мм, 3-4 кВт для листов до 10 мм, 6-12 кВт для толстых листов до 25 мм.

Размер рабочего поля— стандартные форматы 1500×3000 мм, 2000×4000 мм, 2000×6000 мм под размеры стандартных листов проката.

Точность позиционирования— для простых деталей достаточно ±0,1 мм, для точных изделий требуется ±0,05 мм.

Автоматизация— системы автоматической загрузки-выгрузки, склады листов, сортировщики деталей повышают производительность, но увеличивают стоимость.

Заказать оборудование для лазерной резки металла

Требуется консультация по выбору станка лазерной резки?Лазерторпоможет подобрать оптимальное решение под ваши задачи, объёмы производства и бюджет.

Свяжитесь с нами:
Сайт: https://lasertor.ru/
Получите коммерческое предложение, технические характеристики станков и расчёт окупаемости для вашего производства.

Лазерная резка металла отЛазертор— технологии мирового уровня для вашего бизнеса.