Металды лазерлік кесу машинасын таңдау

Лазерлік метал кесу машиналарының түрлері мен қолданылуы

Талшықты, CO ₂, және гибридті лазерлік жүйелердің салыстыруы

Қазіргі заманның лазерлік металл кесуі негізінен үш негізгі жүйеге сүйенеді: талшықты, CO2 және гибридті жүйелер. Талшықты лазерлер алюминий мен мыс сияқты жарық шағылатын металдармен жұмыс істегенде өте жақсы жұмыс істейді, себебі олар кіші кеңістікке көп қуатты сәуле түсіреді және сәулені өте жақсы фокусқа түсіреді (M квадрат мәні 1,3-тен төмен). 10 мм немесе одан да аз қалыңдықтағы жапырақтар үшін бұлар материалды дәстүрлі CO2 лазерлеріне қарағанда үш есе жылдам кесе алады. CO2 лазерлері әлі де метал емес материалдарды кесу үшін және жұқа металл жапырақтарға нақты үлгілер жасау үшін пайдаланылса да, үлкен көлемді өнеркәсіптік металл жұмыстары үшін олар соншалықты тиімді болып табылмайды. Осы жерде гибридті жүйелер қолға келеді. Бұл жүйелер талшықты және CO2 технологияларын біріктіреді, осылайша машина цехтары жабдықты тұрақты түрде ауыстырмай-ақ әртүрлі материалдармен жұмыс істеуге мүмкіндік алады. 2025 жылғы соңғы нарықтық талдау хабарламаларына сәйкес, 2034 жылға дейін гибридті жүйелерді қабылдаудың жылдық 6,5 пайыздық өсу қарқыны күтілуде.

Лазер түрі	Ең жақсы	Қатынас Еңбек	Материалдың қалыңдық диапазоны
Волокно	Металдар (болат, алюминий, мыс-мырыш құймасы)	30-40%	0,5—25 мм
Б) 2	Метал емес материалдар, жұқа металлдар	10-15%	0,5—6 мм
Гибридный	Көпматериалды жұмыс үдерістері	25-35%	0,5—20 мм

Неліктен Талшықты Лазерлі Кесу Машиналары Металл Өңдеуде Басымдық Танытады

2025 жылы орнатылған жаңа өнеркәсіптік лазерлі кескіштердің шамамен 78 пайызы талшықты жүйелер болып табылады. Олардың энергияны пайдалану тиімділігінің жоғарылығы мен ескі үлгілермен салыстырғанда техникалық қызмет көрсетуге кететін шығындардың төмендеуі сияқты артықшылықтарын қарастырғанда бұл ауысу дұрыс болып табылады. CO2 лазерлеріне қажет болатын газдың тұрақты толтырылуына қарамастан, талшықты лазерлер мұндай күрделілікті қажет етпейтін қатты денелі конструкцияға ие. Сонымен қатар, олар 10,6 микрометрлі дәстүрлі CO2 лазерлеріне қарағанда жарқын металдарды кесуде анағұрлым жақсы нәтиже беретін 1,06 микрометрлік толқын ұзындығында жұмыс істейді. Көптеген өндірушілер күнделікті жұмыста кездесетін бұл қиындықтармен күресу үшін дәстүрлі жиналымдарды қолдана отырып, бұрынғыдан әлдеқайда жақсы нәтижеге қол жеткізді.

Әртүрлі Лазерлік Технологияларға Сәйкес Келетін Қолданылу Аясы

Суретшілер мен әуежаю инженерлері 3 мм-ден аспайтын титан бөлшектердегі күрделі гравировкалар мен жіңішке детальдар сияқты жұмыстар үшін әлі де CO2 лазерлеріне сүйенеді. Алайда, 1-12 мм болаттан шасси жасау үшін, сонымен қатар әртүрлі ғимараттардағы металл бөлшектерді жасау үшін талшықты лазерлер автомобиль өнеркәсібін толық игерді. Осындай лазерлер 100 метр/минут жылдамдықпен кесу кезінде 0,05 мм дәлдікке жетуі мүмкін. Кейбір күрделі жағдайларда гибридті лазерлік жүйелер қолданылады. Олар әдетте акрил терезелері бар болаттан жасалған табличкалардан бастап, әртүрлі өнеркәсіп салаларындағы әртүрлі материалдарды пайдаланатын жобаларға дейінгі орындарда кездеседі. Бір ғана тапсырыста бірнеше материалдармен жұмыс істеу кезінде әртүрлі клиенттердің қажеттіліктерін қанағаттандыратын цехтар осы гибридті жүйелерді өте құнды құрал ретінде қолданады.

2D, 3D және Түтік Лазерлік Кесу Машиналарының Арасындағы Айырмашылықтар

2D жазық таспаны 6 м×2 м дейінгі жаппа металлды 0,01 мм қайталанғыштықпен өңдейді. 3D робот-иін кескіштері автомобильдің газ шығару жүйелері сияқты күрделі геометриялармен жұмыс істейді, ал түтік лазерлері цилиндрлік материалдарды (диаметрі 150 мм-ге дейін) арнайы өңдейді және плазмалық жүйелерге қарағанда құрылымдық профильдерді 50% жылдамырақ кеседі, сонымен қатар жоғары сапалы қырлар (Ra ≤3,2 мкм) береді.

Материалдармен үйлесімділік және лазерлік қуат талаптары

Борпылдақ болат, алюминий және көміртегілі болатты тиімді кесу

Алюминиймен жұмыс істегенде одан шығатын 1064 нм толқын ұзындығы СО2 жүйелерінде жиі кездесетін жағымсыз шағылдыру мәселелерін шешу үшін сәулелік лазерлер ерекше тиімді болып табылады. Тот баспайтын болатты кесу үшін сәулелік және СО2 лазерлері де жақсы нәтиже береді, бірақ 5 мм-ден қалың емес материалдарды кесуде сәулелік лазерлер жақсырақ нәтиже береді және дәлдігі шамамен плюс немесе минус 0,1 мм шамасында болады. Көміртегі болатты оттек қоспасымен пайдалану кесу жылдамдығын арттыратын экзотермиялық реакциялар туғызу үшін ең тиімді тәсіл болып табылады. СО2 лазерлері 3 мм қалыңдықтағы материалдарды минутына шамамен 20 метр жылдамдықпен гладкий кесуге қабілетті. Алайда мыс пен басқа да жоғары дәрежеде шағылатын металдарға ерекше қарау қажет. Операциялық процестегі сәуленің бағыттарының ауытқуын және кері шағылудан болатын зақымдануды болдырмау үшін мұнда адаптивті қуатты реттеу маңызды.

Лазерлік қуат және оның кесу қалыңдығы мен жылдамдығына әсері

Ватт қуатының өсуі кесу сыйымдылығын арттырады:

• 2,000 Вт : 2,5 м/мин жылдамдықпен 8 мм тот баспайтын болатты кеседі
• 6,000W 1 м/мин жылдамдықпен 25 мм шойын болатты өңдейді

Артық жылдамдық толық емес кесуге әкеледі, ал қуаттың жетіспеушілігі 12 мм алюминийді кесу кезінде шектік сапасы мен жылдамдықты (3,2 м/мин) тиімді тепе-теңдікте ұстау үшін 4000 Вт жүйе қажет.

Лазерлік қуат пен материал түріне байланысты кесу қалыңдығының сыйымдылығы

Материал	2000 Вт сыйымдылығы	6000 Вт сыйымдылығы	Көмекші газ
Нержавеющая болат	8 мм	25 мм	Азот (≥20 бар)
Алюминий	10 мм	20 мм	Сығылған ауа
Жұмсақ болат	12 мм	30 мм	Оттек (15–25 бар)

2023 жылғы параметрлерді оптимизациялау зерттеуіне сәйкес азот оттекке қарағанда нержавейкалық болаттың кесілген жиегінің сапасын 35% жақсартады. 20 мм-ден асатын көміртегілі болат үшін беріліс жылдамдығын 40% азайту өлшемдік тұрақтылықты сақтауға мүмкіндік береді — бұл пайдаланудан кейінгі дәнекерлеу үшін маңызды.

Лазерлік металл кесу машиналарының негізгі компоненттері мен технологиясы

Лазерлік көзі, толқын ұзындығы және сәуле сапасының (M²) рөлі

Қандай лазерді машина пайдаланады, оның не істей алатынын анықтайды. Толқын ұзындығы шамамен 1,06 микрон болғандықтан, талшықты лазерлер жарқырағыш металдармен жақсы жұмыс істейді. Керісінше, 10,6 микрондағы CO2 лазерлері жуандығы көп емес металл емес материалдармен жақсырақ жұмыс істейді. Сәуле сапасы туралы айтқанда, адамдар жиі лазердің қаншалықты фокусталғанын көрсететін M квадрат деп аталатын нәрсеге назар аударады. Бұл сан 1-ге неғұрлым жақын болса, фокустау кезінде дақ өлшемі соғұрлым кіші болады. Қазіргі заманның көбінесе талшықты лазерлері M² шкаласы бойынша 1,1-ден төмен баға алады, бұл дегеніміз, жағдайлар әрқашан мүмкін болмайтын қиын өнеркәсіптік ортада да ±0,1 мм дәлдікті сақтай алады.

Лазер түрі	Толқын ұзындығы	Сәуле сапасы (M²)	Ең жақсы
Волокно	1,06 μм	1.0–1.1	Жұқа металдар, жарқырағыштар
КО2	10,6 мкм	1.3–1.6	Қалың металл емес материалдар, пластиктер

Кесу басының және CNC басқару жүйесінің функционалдылығы

Лазерлік кесу басы арнайы линзалар мен орамалар арқылы шамамен 0,1-ден 0,3 миллиметрге дейінгі өте кішкентай өлшемдерге сәулелерді фокустауға мүмкіндік береді. Жақсы CNC жүйесі қуат деңгейлерін реттей отырып, барлық қозғалыс траекторияларын басқарады. Бұл жүйелер осьтерді өте жылдам қозғалтады, кейде минутына 200 метрге жуық жылдамдыққа жетеді, бірақ әлі де тек 5 микрон ішінде дәлдікті сақтай алады. Материалдың бұрыштарын кесу кезінде операторлар жұмыс бетінің қиылып кетуін болдырмау және шеттерді таза да біркелкі етіп ұстау үшін жиі қуатты төмендетеді. Қазіргі заманғы CNC машиналарының көбісі CAD және CAM бағдарламаларымен жақсы жұмыс істейді, бұл күрделі пішіндер мен бөлшектерді көптеген қолмен орындалатын қадамдарсыз өндіруді әлдеқайда оңайлатады.

Дәл кесудегі Көмекші Газ Жүйесінің Маңызы

Кесу процестерінде пайдаланылатын көмекші газдар — оттегі, азот және кейде қысылған ауа кесілген аймақтан балқыған материалды шығаруға көмектеседі, бұл шлактың жиналуын азайтады және жалпы алғанда шеткі сапасын жақсартады. Көміртегі болатымен жұмыс істегенде, кесу кезінде жүретін экзотермиялық реакцияларға байланысты оттегі жұмысты тездетеді, мұның арқасында бетінде белгілі бір дәрежеде тотығу пайда болады. Алюминий мен нержавейкалық болат сияқты материалдарды таза кесу үшін кесу аймағында инертті орта жасау үшін азот қолданылады. Көбінесе цехтар осындай азоттық кесуді жақсы нәтиже алу үшін шамамен 20 бар қысымда жүргізеді. Көптеген операторлар шашқыш дизайнның қаншалықты маңызды екенін түсінбейді. Жылдамдық маңызды болған кезде конустық шашқыштар жақсы жұмыс істейді, ал коаксиалды конструкциялар қалыңдау пластиналармен жақсырақ жұмыс істейді. Бұны дұрыс таңдау орнату жағдайларына байланысты 10-15 пайызға дейін энергияның пайдалы әсер коэффициентін арттыруға мүмкіндік береді.

Өнімділік, сапа және жұмыс істеу тиімділігі көрсеткіштері

Металл қолданбаларындағы кесу дәлдігі мен қайталанғыштықты бағалау

Қазіргі заманғы лазерлік кескіштер 2D жұмыс үшін ±0,05 мм-ге дейінгі орын ауыстыру дәлдігін және 10 000 цикл ішінде 0,03 мм-ден төменгі қайталанғыштық ауытқуын қамтамасыз етеді (ASTM E2934-21). Негізгі көрсеткіштерге мыналар жатады:

• Бірінші өту шығымының қарқындылығы (автокөлік бөлшектері үшін саланың орташа көрсеткіші: 97,2%)
• Кесу енінің тұрақтылығы (мақсат: материал өзгерген сайын ±5% ауытқу)
• Жылу әсерінен өзгерген аймақтың (HAZ) қалыңдығы (әуежаңдарға арналған құймалар үшін маңызды)

Шеткі сапасын жоғалтпай кесу жылдамдығын максималдандыру

Подача жылдамдығы мен лазерлік қуатты теңестіру жылулық деформацияны болдырмауға көмектеседі. Материалға қарай оптимальды параметрлер өзгереді:

Материал	Оптимальды жылдамдық (м/мин)	Максималды күш (кW)	Шеткі беттің тегістігі (Ra)
Жұмсақ болат	8–12	6	≤ 3,2 μм
Алюминий	20–25	4	≤ 4,5 мкм

Икемді жылдамдық алгоритмдері ISO 9013 қабырға сапасы стандарттарын сақтай отырып, өткізу қабілетін 15% арттырады.

Оттегі, Азот және Ауа: Көмекші газды дұрыс таңдау

Газды таңдау құны мен сапаның екеуіне де әсер етеді:

• Оттегі экзотермиялық реакциялар арқылы көміртегі болатын кесу жылдамдығын 18–22% арттырады, бірақ тотығуды тудырады
• Азот (≥99,95% тазалық) 14–16 бар қысымда нержавейкалық болатта түсінің өзгеруін болдырмастан алдын алады
• Сығылған ауа операциялық шығындарды сағатына 4,7 АҚШ долларына төмендетеді, бірақ максималды кесу қалыңдығын инертті газдардың қолдайтын мөлшерінің 60% шегіне дейін шектейді

2024 жылғы лазерлік жүйелердің ROI талдауларына сәйкес, газ түрін материал мен қалыңдыққа сәйкестендіру операциялық тиімділікті 23% арттырады.

Лазерлік метал кесу машиналары үшін құн талдауы және пайда түсімі

Лазерлік метал кесу машиналарының бастапқы құны мен ұзақ мерзімді ROI-ы

Лазерлік кескіштердің құны адамға қажетті нәрсеге байланысты әлдеқайда өзгешелеу болады. Бастапқы деңгейдегі жабдықтар бағасы қатырмақағаздан басталады, ал ең жоғарғы деңгейдегі өнеркәсіптік жүйелер бір миллион доллардан аса алады. Жұмыс шығындарына келетін болсақ, талшықты лазерлер дәстүрлі CO2 модельдеріне қарағанда отын шығынын он екіден елу пайызға дейін азайтады, бұл ай сайынғы шоттарды әлдеқайда төмендетеді. Бұл жабдықтар бастапқыда қымбат болса да, көптеген компаниялар материалдарды үнемдеу (кейде жиырма пайызға дейін) және жұмысшылардың өнімділігін арттыру арқасында өздерін он сегіз бен жиырма төрт ай ішінде қайтарады. Үш миллиметр қалыңдықтағы гильзиялық болатпен жұмыс істейтін цехтар талшықты технологияға өткенде кесу циклінің жылдамдығы шамамен қырық пайызға артатынын байқайды, яғни күн сайын одан әрі көп бөлшектер шығады және инвестициялардың жалпы түбегейлі қайтарымы тезірек болады.

Металл лазерлік кескіштердің энергиялық тиімділігі мен техникалық қызмет көрсету құны

Қазіргі заманғы 4 кВт талшықты лазерлер әдетте сағатына шамамен 15-20 кВт·сағ жұмсайды, бұл ұқсас CO2 жүйелерінің тұтынатынының шамамен жартысын құрайды. Техникалық қызмет көрсету жылына шамамен 2000-4000 доллар шығынды құрайды және негізінен линзаларды ауыстыру мен газ шығынын басқаруды қамтиды. Көміртегі болатымен жұмыс істегенде, азотпен кесу тек газ шығыны үшін қосымша жылына 1200-1800 доллар қосады. Ауамен көмектесуге ауысу осы шығындарды шамамен үштен бір бөлігіне дейін қысқартады, бірақ басқа да ескерілуі тиіс мәселелер бар. Калибрлеуді дұрыс орнату да үлкен айырмашылық жасайды. Дұрыс калибрленген машиналарда шашқыштардың қызмет ету мерзімі шамамен 60% ұзақ болады, яғни цехта техникалық қызмет көрсету үшін тоқтатулар азаяды.

Өткізу қабілетін арттыру үшін автоматтандыру және өндірісті интеграциялау

Өндірушілер автоматтандырылған жүктерді тиеу және түсіру жүйелерін енгізгенде, өнімділіктері әдетте 35-тен 50 пайызға дейін арта алады. Бұл зауыттардың түнгі сменталарда немесе демалыс күндерінде қызметкерсіз жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Мысалы, сандық бақылау арқылы басқарылатын 6 киловаттты талшықты лазер мен материалдарды роботтардың басқаруын қарастырайық. Мұндай орнатылымдар әрбір жұмыс сментасына шамамен 800-ден 1200-ге дейін созылған металл бөлшектерін шығара алады. Бұл дәстүрлі қол әдістерімен мүмкін болатын нәтижеге қарағанда шамамен үш есе көп. Осындай автоматтандырылған процестерге көшкен цехтар көбінесе өздерінің пайдасының қатты артқанын байқайды. Кейбіреулер жалпы пайда маржасының шамамен 25 пайызға дейін артқанын хабарлайды. Ал үлкен партияларды шығарған кезде еңбекақы шығындары да қатты төмендейді, кейде өндірілген бір бөлшекке шаққанда он бес центтен кем болуы мүмкін.

Жиі қойылатын сұрақтар

Лазерлік метал кесу машиналарының негізгі түрлері қандай?

Лазерлік метал кесу машиналарының негізгі түрлері — талшықты, CO ₂, және гибридті лазерлік жүйелер.

Талшықты лазерлік кесу машиналары өнеркәсіптік ортада неліктен танымал?

Талшықты лазерлік машиналар энергияны үнемдеуі, техникалық қызмет көрсетудің азаюы және шағылдырушы металлдарды тиімді кесе алуы сияқты себептермен танымал.

CO ₂лазерлері үшін қандай материалдар қолайлы?

Б) ₂лазерлері бейметалдар мен жұқа металл парақтарды кесуге қолайлы.

Лазерлік қуат кесу тиімділігіне қалай әсер етеді?

Жоғары ватт қуаты кесу мүмкіндігін және жылдамдықты арттырады, бірақ толық емес кесулер мен артық жылу әсерінен туындайтын аймақтардан аулақ болу үшін дәл тепе-теңдік қажет.

Лазерлік кесуде көмекші газдардың рөлі қандай?

Оттегі, азот және ауа сияқты көмекші газдар кесу жылдамдығына әсер етеді, шлак жиналуын азайтады және жиектің сапасын жақсартады.