Талшықты лазерлік кесу машинасы 30 мм-ден астам қалың плиталарды өңдей ала ма?

Талшықты лазермен кесу машинасының қалыңдық шектері: Теориядан шынайы қабілетке дейін

Аса жоғары қуатты талшықты лазерлер (12–30 кВт) қалың тақталарды кесуді қалай қайта анықтады

Қазіргі кезде талшықты лазерлі кесу машиналары 30 мм-ден аса қалың болатын плиталарды өте сенімді түрде өңдей алады, бұл мүмкіндікті қазір қол жетімді болған 12–30 кВт қуатты лазерлі көздер қамтамасыз етеді. Нақты цифрларға тоқталсақ, 30 кВт қуатында жұмыс істейтін машиналар көміртекті болаттан жасалған 80 мм қалыңдықтағы плиталарды және шойын болаттан жасалған 70 мм дейінгі плиталарды кесе алады. Бұл мүмкіндік көптеген өндірушілерге конструкциялық бөлшектерді жасау үшін плазмалық немесе оттегі-отынды кесу әдістеріне сүйенбеуге мүмкіндік береді. Бұл нәтижеге тек қана қуаттың «қатты күші» ғана емес, сонымен қатар жақсарған сәулелік сапасы, ақылды жылу басқару жүйелері мен өңделетін материалға энергияның тиімді жеткізілуі әкеледі. Мысалы, 25 мм қалыңдықтағы көміртекті болат плиталарын өңдеу кезінде 30 кВт және 15 кВт жүйелерінің айырмашылығын қарастырайық. Жоғары қуатты жүйе осы жұмысты шамамен 40 пайызбен тезірек аяқтайды. Сонымен қатар, нақты өндірістік жағдайларда өткізілген сынақтар көрсеткендей, бұл жүйелер азотты көмекші газ ретінде қолданған кезде 40 мм қалыңдықтағы плиталарды өңдеу кезінде минутына 0,8 метр жылдамдықпен тұрақты кесу жылдамдығын сақтайды.

Физикалық негіз: Қуаттың тығыздығы, сәулелену сапасы (BPP) және материалдың жылулық қасиеттері

Қалың тақталарды кескенде жақсы нәтижелерге қол жеткізу әдетте бірлік аумақтағы ваттпен өлшенетін қуаттың тығыздығын жеткілікті деңгейде сақтауға байланысты, ал бұл Тәуліктік Сәуле Параметрі Көбейтіндісін (ТСПК) төмен ұстауды қажет етеді. Біз сәуленің сапасы туралы 2,5 мм·мрад-тан төмен болғанда айтып отырсақ, бұл лазерді материал ішіне тереңірек фокустауға көмектеседі, сондықтан 30 мм белгісінен кейін де жиектер тік қалады. Көміртегілі болатпен жұмыс істеген кезде оттегін қосу кесуді жеңілдететін пайдалы экзотермиялық реакцияларды туғызады. Алайда, шымыр болат басқаша әңгіме айтады: оның қалдықтардың (шлактың) құрылуын болдырмау үшін таза азот қажет, сонымен қатар оның шағылысу қасиетін ескеру керек. Алюминий басқа бір қиындықты туғызады, себебі ол жылуды өте жақсы өткізеді; сондықтан көптеген цехтар 30 кВт қуатты машиналарды максималды жылдамдықпен жұмыс істетсе де, 35 мм-ден астам қалыңдықтағы алюминийді кесуге қиналады. Еріту процесі кезінде болатындар да маңызды: фазалық өзгерістер энергияның қанша мөлшері сіңірілетінін өзгертеді, нәтижесінде жылу әсерінің аймағы (ЖӘА) 50 мм шымыр болат бөлшектері үшін шамамен 1,5 мм тереңдікке жетуі мүмкін. Бұл операторлардың тұрақты кесулер алу үшін температураны бақылау мен оптикалық параметрлерді дәлме-дәл тепе-теңдестіруін қажет етеді.

Пластиналардың (≥30 мм) өңделуі үшін талшықты лазерлік кескіштің материалға тән өнімділігі

Көміртекті болат: 30 кВт-та 80 мм-ге дейін – экзотермиялық тотығу процесін пайдалану арқылы

Көміртекті болатты кескенде 30 кВт қуатты жүйе қолданылғанда ең үлкен қалыңдық шамамен 80 мм құрайды, бұл экзотермиялық тотығу процесіне байланысты. Бұл әдіс оттегінің көмегін қажет етеді, ол үздіксіз жылу реакциясын бастайды. Осы процестің қызығушылық тудыратын жағы – металдың өзі қандай да бір энергияны бөліп шығарады, сондықтан лазерден ғана көптеген қуат қажет емес. Осы әсердің арқасында операторлар әдетте минутына 0,3–0,8 метр аралығында тұрақты кесу жылдамдығын алады. Тағы бір артықшылығы – кесуден кейін қалған шлак мөлшері аз. Бұл құрылымдық бөлшектерді дайындағанда өте маңызды, себебі олар кейіннен көп өңдеуді қажет етпейді, сондықтан жабдықтау процестеріне кететін уақыт пен қаржы үнемделеді.

Темірбетон болаты мен алюминий: сәйкесінше 70 мм және шамамен 35 мм – жарқырауыштық пен шлактың туғызатын қиындықтары

Темірбетонды болатпен жұмыс істеген кезде, проблемалар пайда бола бастағанша негізінде 70 мм-ге дейінгі қалыңдық шегі бар. Материал хром оксидінің қабаттарын түзеді және шамамен 40%-дан астам шағылу қабілетін жоғалтады, ол операторлардың азот қысымын дәл реттеуін және кесу процесін қатты баяулатуын талап етеді. Мысалы, 50 мм қалыңдықта жылдамдық шеттерді сақтау үшін минутына 0,2 метрге дейін төмендейді. Алюминий толығымен басқаша қиындықтар туғызады. Оның жоғары жылу өткізгіштігі мен балқыған шлактың оңай тұрақтануы 35 мм-ден астам қалыңдықта, мысалы, 30 кВт қуатында жұмыс істейтін машиналарда да сенімді кесулерді орындауды қиындатады. Бұл материалдармен жұмыс істеген адамдар бұл шектердің артына шығуға тырысу әдетте жаман нәтижеге әкелетінін біледі. Егер біз кейінірек қосымша жабдықтау операцияларын қолданбасақ, жұмыстың орындалу жылдамдығы, шеттердің сапасы және қалдық шлакпен баса алу арасында әрқашан компромисс табу керек.

Талап етілетін ≥30 мм өңдеуді сенімді орындау үшін талық лазерлі кесу машинасындағы маңызды кесу параметрлері

Көмекші газдың стратегиясы: оттегі мен азоттың қысымы, тазалығы және ағыс динамикасы

Қалың пластинкалармен жұмыс істеген кезде дұрыс газды таңдау барлығын анықтайды. Таза оттегі (99,5% астам) көміртекті болатпен жұмыс істеген кезде жақсы нәтиже береді, себебі ол пайдалы экзотермиялық реакцияларды тудырады, бірақ оның тотығу қаупі жоғары болады. Тот баспайтын болат үшін оксидтерден таза қиықтар алу үшін 25 бардан жоғары қысымда азот қажет, ал алюминий — оның шағылысу қасиетіне байланысты барлыққа бас ауыртады. Газ ағысын ламинарлы ұстау тұрақты қиюларды сақтауға және көлбеу бұрыштарындағы ауытқуларды азайтуға көмектеседі. Ағыс турбулентті болған кезде балқыған материал дұрыс шашырамайды. Салада сынақтан өткен газ орнатуларын қолданатын өндірушілер стандартты зауыттық бастапқы орнатулармен салыстырғанда өздерінің бұйымдарына түсетін шлак мөлшерін шамамен 40% азайтады. Бұл түрдегі дәлдік өндірістік ортада, мұнда тұрақтылық маңызды болған кезде, өте көп маңызға ие.

Шлак пен көлбеу бұрышын реттеу үшін жылдамдық, фокустың орны және импульсты модуляция

Қалың бөліктердегі қию сапасын анықтайтын үш өзара байланысты параметр:

• Кесу жылдамдығы толық балқыту үшін 30 мм көміртегілі болатта ≥0,8 м/мин болуы керек;
• Фокустың орны энергия тығыздығын кесік табанында максималды деңгейге жеткізу үшін әдетте материал тереңдігінің 1/3 бөлігіне орнатылады;
• Импульсты модуляция , оның шың қуаты орташа қуаттан >2 есе асады, жылытылатын аймақты 30% азайтады және кесу алдыңғы жағын тұрақтандырады.

Ауытқулар нәтижелерге маңызды әсер етеді: жеткіліксіз модуляция шлактың қабырғаға жабысуын 60%-ға арттырады; фокустың дұрыс емес орналасуы кесіктің конустылығын 5°–тан асырып кетеді — бұл екеуі де соңғы өңдеуге кететін шығындарды арттырады.

Өнеркәсіптік қалың парақты талшықты лазермен кесудегі практикалық шектеулер мен компромисстік шешімдер

Тесік ашу тұрақтылығы мен жиектің сапасы: 30 мм-ден астам қолданбалардағы қуат парадоксы

20–30 кВт шамасындағы жоғары қуат деңгейлерін қолдану 40 мм-ден астам қалың болат тақталарды тесуге нақты тиімді, бірақ осының артынша кемшіліктері де бар. Бұл артық қуат металдың бетінде тот басу және кесуден кейін теңсіз жиектер сияқты проблемаларға әкелетін қосымша жылу береді. Көп тәжірибелі операторлар 45 мм көміртегілі болатпен жұмыс істей бастаған кезде қуатты шамамен 15–20 пайызға төмендетеді. Бұл түзу кесулерді сақтауға және соңғы беттің сапасын жақсартуға көмектеседі. Жылу режимін реттеу үшін импульсты модуляция әдістерін қолданған кезде де біз кесуден кейінгі шлифтау жұмыстарын жүргізбесек, беттің тегіс еместігінің өлшемі 25 Ra-дан жоғары болып қалады. Сондықтан сенімді кесу процесі мен барлықтардың қалаған «идеалды» жабық бет сапасы арасындағы компромисс болуы мәжбүр.

Жылу әсерінің аймағы (ЖӘА), кесік ендірімі және кейінгі өңдеу салдары

Қалың тақтайшаларды лазермен кесу тұрақты жылулық әсерлерін туғызады, бұл кейінгі операцияларға әсер етеді:

• HAZ тереңдігі 50 мм аустенитті болатта 1,5 мм-ге дейін жетеді, бұл кесілген шеттің жанындағы механикалық қасиеттерді өзгертуі мүмкін;
• Кесік ендірімі 2–5° аралығында болады, бұл бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы компенсациялау қажеттілігін туғызады және жинақтау кезіндегі дәлдікті шектейді;
• Еру қабатының жабысуы кесудің төменгі үштен бір бөлігінде, әсіресе аустенитті болат пен алюминийде, 0,3 мм-ден аса алады.

Бұл қиындықтармен жұмыс істеген кезде өңдеу уақыты әрине артады. Осы кесік беттерді өңдеу әдетте жалпы цикл уақытының 15–25 пайызын алады. Сонымен қатар, бөлшектердің өңдеуден кейін иілуін болдырмау үшін жиі қажет болатын кернеудің босауын қыздыру процесін де ұмытпаңыз. Динамикалық фокусты бақылау сияқты алғашқы әдістерді немесе әртүрлі кезеңдерде газдарды ауыстыруды қолданған кезде де, 40 мм-ден қалыңдау материалдарда осы қиындық тудыратын жылулық кернеулерден құтылу мүмкін емес. Сондықтан көптеген жасау цехтары құрылымдық бөлшектердің соңғы өңдеуі үшін лазерлік кесу арқылы бастапқы пішіндерді алу мен дәстүрлі өңдеуді қосып қолданатын ескі, бірақ тиімді тәсілге сүйенеді.