Особенности лазерной резки листового материала для автомобильной промышленности
ART 96128
Авторы:
А.
А. Хакимзянова, И.
А. Савин
А.
А. Хакимзянова, И.
А. Савин Библиографическое описание статьи для цитирования:
Хакимзянова
А.
А.,
Савин
И.
А. Особенности лазерной резки листового материала для автомобильной промышленности // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
1056–1060. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96128.htm.
Аннотация. Лазерная резка – это наиболее эффективный метод обработки листового металла, позволяющий получать отменное качество обработки и высокую производительность процесса. Применение лазерных технологий для получения деталей машин в условиях ПАО «КАМАЗ» показало высокую как экономическую, так и технологическую эффективность. Разнообразие технологий лазерного раскроя и резки листового материала позволяет подобрать необходимый метод и оборудование для конкретных задач производства.
Ключевые слова:
лазерная резка, раскрой металла, оптоволоконный лазер, газонаполненный лазер, оптимизация лазерного реза
Текст статьи
Савин Игорь Алексеевич,К.т.н.,доцент ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.ТуполеваКАИ» г.Набережные Челныsavin.ia@kaichelny.ru
Хакимзянова Алия Альбертовна,ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.ТуполеваКАИ» г.Набережные Челныaliya_521@mail.ru
Особенности лазернойрезки листового материала для автомобильной промышленности
Аннотация.Лазерная резка это наиболее эффективный метод обработки листового металла, позволяющий получать отменное качество обработки и высокую производительность процесса. Применение лазерных технологий для получения деталей машин в условиях ПАО «КАМАЗ» показало высокую как экономическую, так и технологическую эффективность. Разнообразие технологий лазерного раскроя и резки листового материала позволяет подобрать необходимый метод и оборудование для конкретных задач производства.Ключевые слова: Лазерная резка, раскрой металла, оптоволоконный лазер, газонаполненный лазер, оптимизация лазерного реза.
Лазерная резка вид лазерной обработки листовогоматериала, при которой сфокусированный лазерный луч разрушает материал, струя сжатого газа выдувает его из зоны реза, в результате происходит разделение детали на две. Вместе с тем, этоодин из наиболее современных и эффективных методов раскроя тонкои среднелистового металла. Сфокусированное лазерное излучение позволяет производить высокий локальный нагрев материала, что дает возможность добиваться высокого качества резки.[1]Технология лазерной резки металла позволяет получить узкие резы высокого качества, при минимальной зоне термического влияния на заготовку, что позволяет сохранить физикохимические свойства обрабатываемого материала. Вследствие технологических особенностей лазерный раскрой является наиболее высокоточным и высокопроизводительным методом резки листового металла.Среди множества технологий по обработке металла лазерная резка выделяется своей экономичностью и эффективностью.В настоящее время в ПАО «КАМАЗ» все активнее применяются различные методы лазерного раскроя заготовок для производства автокомпонентов.Промышленным линиям производства выгоднее использовать листы металла для лазерной резки, чем необработанные детали большой толщины. При этом возможны экономия электроэнергии и применение видов лазерной резки листового металла с большей мощностью. Среди преимуществ
лазерной резки листового металла перед другими видами обработки можно выделить:
Высокую точность подачи и резки лазерного луча.
Минимум загрязнений на поверхности детали.
Малую вероятность нанесения деформации листу металла.
Снижение энергетических затрат.
Создание объемных сложных конструкций с большой скоростью и минимальной площадью обрабатываемого материала.[2]B зависимости от интенсивности излучения в зоне резания, вида обрабатываемого материала, состава и давления газа для газонаполненных лазеров или характеристик реза для твердотельных либо оптоволоконных лазеров различают несколько видов лазерной резки. Например:
лазернокислорордная резка
кислородная резка с поддержкой лазерным лучом
лазерная резка в среде инертного газа
лазерная испарительная резка
оптоволоконная лазерная резка и т.д.Технология лазерного раскроя металла эффективно используется как для резки больших партий однотипных деталей, так и для мелкосерийного широкономенклатурного производства. Оборудование для лазерной резки не требует, какого либо переоснащения или перенастройки при изменении конфигурации детали, что делает данный метод максимально гибким, и позволяет без остановки продолжать раскрой листа, лишь изменяя управляющие программы.Лазерные станки позволяют производить раскрой материала по совершенно произвольному контуру, получая максимально высокое качество обработки.
Рис.1 Лазерный станок LMC30000.7
Термическое воздействие лазерного излучения крайне мало, за счет исключительно локального контакта с обрабатываемой заготовкой, что позволяет избежать коробления или других форм деформации заготовки. Получаемый рез имеет высокое качество и может использоваться без дальнейшей механической обработки.При лазерной резке металла нет необходимости в специальном фиксировании заготовки, по сравнению с механическими методами обработки, что существенно уменьшает технологическое время необходимое для замены материала. Точность процесса лазерного раскроя выше механических методов обработки, поскольку в процессе механической обработки имеет место износ инструмента.
Лазер для резки металла состоит из:1.Особого источника энергии (системы накачки).2.Рабочего тела, обладающего эффектом вынужденного излучения.3.Резонатора оптического (набора специальных зеркал).Принадлежность лазерной резки к той или иной разновидности определяется по виду используемого лазера и его мощности. В настоящее время существует следующая классификация лазеров:1.Твердотельные (мощность не более 6 кВт).2.Газовые (мощностью до 20 кВт).3.Газодинамические (мощность от 100 кВт).В производственных целях наибольшей популярностью пользуется резка металла с твердотельным лазером. Излучение может подаваться в импульсном или непрерывном режиме. В качестве рабочего тела используется рубин, стекло с примесью неодима или CaF2 (флюорит кальция).Главным преимуществом твердотельных лазеров является способность создать мощный импульс энергии за доли секунды.Газовые лазеры применяются для резки металла в технических и научных целях. Активным телом выступает смесь газообразных азота, углекислого газа и гелия, атомы которых возбуждаются электрическим разрядом и обеспечивают лазерному лучу монохроматичность и направленность.Большой мощностью отличаются газодинамические лазеры. Рабочее тело —углекислый газ. Сначала газ нагревается до предельно высокой температуры, затем его пропускают через узкий канал, где происходит
расширение и последующее охлаждение СО2. В результате такой процедуры излучается энергия, используемая для лазерной резки металла.Газодинамические лазеры можно использовать для обработки металла с любой поверхностью. Благодаря невысокому расходу энергии луча, их можно поместить на расстоянии от обрабатываемой зоны и при этом сохранить качество резки металла.Лазерно –кислородная резка.[3]В этом случае режущим газом является кислород. При взаимодействии кислорода с раскаленным металлом происходит экзотермическая реакция окисления. Так в случае железа, выделившегося тепла обычно в 35 раз больше, чем подводимой мощности лазера.Образующиеся окислы выдуваются этой же струей кислорода.Особенностями процесса являются диаметр сфокусированного луча(меньше,чем диаметр кислородной струи 12 мм.); ширина реза, которая определяется диаметром сфокусированного луча и скоростью реза (чем меньше толщина листа и чем выше скорость обработки, тем уже рез(может быть меньше 100 мкм); давление в струе от
34атм при резке тонкого листа до
0.3 атм при резке листа , толщиной 30 мм; зазор между срезом сопла, формирующим струю составляет от 0.5 мм для тонкого листа до 3 мм для листа, толщиной 30мм; чем толще метал, тем меньше скорость реза. Минимальная скорость реза 0.50.6 м/мин; при скорости резания меньше, чем 0.5 м/мин качество лазерной резки значительно падает. На
поверхностиреза появляются характерные дефекты –вырывы, ширина реза возрастает.Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом. [3]Для резки толстолистовой стали применяется технология, при которой лазерный луч лишь нагревает поверхность металла до температуры около 1000 градусов перед тем, как на эту поверхность попадает сверхзвуковая струя кислорода. При этом, несмотря на экспоненциальную зависимость скорости окисления металла от температуры, процесс кислородной резки становится стабильным, стенки реза гладкими. Глубина резания значительно возрастает по сравнению с традиционной лазернокислородной резкой. Особенностями процесса являются: давление кислорода, необходимое для формирования сверхзвуковой струи большое (610 атм.); диаметр пятна на поверхности металла существенно больше, чем диаметр струи; ширина реза равна диаметру кислородной струи и больше 3мм; расстояние между срезом сопла и металлом 68 мм; скорость реза около 0,2 м/мин, что существенно ниже скорости лазернокислородной резки; толщина разрезаемого металла до 100 мм.Лазерная резка в инертном газе.[3] Применяется в тех случаях, когда нежелательно окисление кромок металла, например при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. Эффективность резки в инертном газе ниже, чем при лазернокислородной резке за счет отсутствия дополнительного источника нагрева. Особенностями процесса являются: наиболее распространенный инертный режущий газазот (при резке титанааргон); давление режущего газа большое, поэтому при такой технологии применяют фокусирующие линзы повышенной толщины; формируется сверхзвуковая струя режущего газа, которая выдувает капли расплавленного металла из зоны реза;излучение фокусируют на нижнюю поверхность листа; расстояние между срезом сопла и поверхностью металла минимально; при резке толстого металла диаметр сопла достаточно большой, доходит до 3 мм, поэтому расход инертного газа большой, он часто определяет стоимость резки; скорость резки в инертном газе относительно низка.Таблица 1. Характерные скорости лазерной резки различных материалов для лазеров, выпускаемых ЗАО "ТехноЛазер" [3]
МатериалыТолщина
ммСкорость резки м/минТЛВ700ТЛВ1500ТЛ3ТЛ5М,ТЛ6Сталь156
411.5
6
12
14
11.520
125
0,6Нержавеющая
сталь11
4
1
10
0,61,515
0,5Алюминиевые
сплавы21
1,2
6
1,5
8
0,6Медь2
0.3
Латунь10
0,6ДСП161246ПластикПММА200,62
40
1
80
0.5
СО2лазеры с поперечной прокачкой газовой средыпредназначены для использования в качестве генератора мощного когерентного инфракрасного излучения в составе лазерных станков. Представляют собой быстропроточные электроразрядные СО2лазеры непрерывного и импульснопериодического действия с поперечной прокачкой рабочей смеси в газовом контуре.Отличительной особенностью этих лазеров является высокое качество излучения за счет применения патентованного устойчивонеустойчивого резонатора. Лазер с таким излучением эффективно разрезает и сваривает не только сталь, но и алюминиевые сплавы.Волноводные трубчатые СО2 лазеры [4].Одномодовые СО2лазеры с высоким качеством излучения работают как в непрерывном, так и импульснопериодическом режиме. Применяются для прецизионной резки, перфорации отверстий, гравировки, сварки тонколистового металла, в кардиохирургии для реваскуляризации миокарда. По своим технологическим возможностям эквивалентны щелевым лазерам, но значительно проще и дешевле. Многоканальные лазеры генерируют одновременно до 60 параллельныхпучков. Идеальны для применения
в технологиях лазерной закалки и лазерной наплавки. В зоне лазерной термообработки
реализуется
прямоугольный профиль плотности мощности. Не требуется
сканаторов для выравнивания мощности. Отличительная особенность волноводных лазеров высокий кпд =11% и предельно низкое потребление газов = 3 лн/час.В лазерных комплексах также используются волоконные источники нового поколения [4], что позволяет добиваться высочайшего качества обработки, высокой производительности, а также максимальной надежности систем. Применение линейного привода в оборудовании для лазерной резки позволяет максимально реализовать возможности лазерного источника за счет высокой точности, динамичности и надежности данного решения. Прецизионный линейный привод позволяет выполнять раскрой с предельной скоростью ограничивающейся исключительно мощностью лазерного источника, а также дает возможность реализовать наиболее высокие скорости холостых перемещений, получить передовые точностные характеристики и гарантировать их неизменность на протяжении всего срока службы лазерного комплекса.
Рис.2 Станок лазерной резки серии LTC75с иттербиевымволоконнымлазернымисточником[1]
Например, dустановках лазерной резки серии LTC75 используется иттербиевый волоконный лазерный источник. Данный тип лазерных источников гарантирует невероятно малое потребление энергии, благодаря высокой эффективности активного элемента и низким стоимостям эксплуатации и обслуживания, обусловленным простотой конструкции источника. Лазерный луч отличается высоким качеством и высокой плотностью энергии. В отличие от источников CO2, волоконный источник не требует оптического пути, так как луч поступает от источника в зону резки через оптоволоконное соединение. Так же источник не требует наличия лазерного газа. Преимущества такого решения заключаются в том,чтоскорость резки на 60100% быстрее, чем у СО2лазера, на 70% меньшее энергопотребление. При этом не требуется присутствие лазерных газов. Кроме того, в конструкции отсутствуют подвижные части (турбина и т.д.), что приводит к тому, что практически не требует обслуживания. А также следует отметить возможность обработки цветных металлов и высочайшая надежность оборудования. [1]
Рис.3. Процесс лазерной резки
Лазерные установки для резки металла состоят из:1.Специального излучателя (твердотельный или газовый лазер). Должен обладать соответствующими энергетическими и
оптическими параметрами.2.Системы транспортировки и формирования луча и газа. Отвечает за передачу луча от источника излучения к детали, которая подвергается обработке, и изменение характеристик поступающего к точке реза рабочего газа.3.Устройство перемещения (координации) как самого металла, так и действующего на него лазерного луча. Дополнительно содержит исполнительный механизм, привод и двигатель.4.АСУ (автоматизированная система управления). Контролирует лазер и управляет координатным устройством и системой транспортировки и формирования луча и газа. Оснащенаразличными датчиками и подсистемами.
Рис.4. Станок для лазерной резки листовых металлов. [2]
Современный станок лазерной резки металла способен выполнять любые сложные задачи, даже лазерную художественную резку металла. Их производством занимаются как российские компании, так и зарубежные представители (например, немецкая компания “Trumpf”). [4]Заключение:Применениелазерной резки имеет множество преимуществ перед другими видами обработки металла. Поэтому все больше предприятий используют в своем производстве именно лазерную обработку металла. Лазерная резка металла это передовое решение позволяющее добиться максимальной эффективности обработки тонкои среднелистового металла.Основные преимущества, достигнутые в ПАО «КАМАЗ» и дочерних предприятиях [1], [5] при применении технологии лазерного раскроя и резки заготовок для автокомпонентов являются:
высокое качество обработки. Лазерная резка позволили получать наиболее высокое качество обработки, недостижимое при помощи плазменной и газоплазменной резки.
высокая производительность. Оборудование для лазерной резки позволило достичь высокой производительности обработки.
высокая точность обработки. Применяемое лазерное оборудование позволяет получать точность обработки порядка 0.005 мм.
высокая надежность и стабильность систем. Применение волоконного лазерного источника в совокупности с прецизионными системами движения на линейном приводе позволило существенно повысить надежность применяемого оборудования и практически устранило необходимость специального сервисного обслуживания.
лазерная резка стали производится в кислородной среде и позволяет получить высокое качество детали в совокупности с высочайшей производительностью процесса.
особенностью лазерной резки нержавеющих сталей является необходимость достижения кромки реза без окисленной поверхности. В данном случае используется азотная среда, что позволяет исключить горение материала в процессе резки.
раскрой алюминия является достаточно сложной задачей для термических методов обработки материалов вследствие высокой теплопроводности данного металла. Данная проблема решается применением современных волоконных лазеров позволяющих получать максимальное качество при лазерной резке алюминия, без образования окалины и наплывов.
Ссылки на источники1.http://aramiscorp.ru2.http://metallmaster.org3.http://www.technolaser.ru4.Технологические лазеры: Справочник: в 2 т., т. 1: Расчет, проектирование и эксплуатация/ Абильсиитов Г.А., Голубев В.С., Гонтарь В.Г. и др.; Под общ. ред. Абильсиитова Г.А.. М.: Машиностроение, 1991. 432 с.: ил.5.Савин И.А, Каюмов А.Ф.,. К вопросу применения инновационных методов звукои шумоизоляции автомобиля (на примере автомобиляамфибии «ВИКИНГ») // Современные научные исследования. Выпуск 2 Концепт. 2014. URL: http://ekoncept.ru/2014/54523.htm–[Дата обращения 09.03.2016].6.Leushin, I.O., Ul'yanov, V.A., Leushina, L.I. Predicting gasdefect formation on changing the investmentcasting technology (2013) Steel in Translation 2013. 43(11) рр. 681683.7.Савин И.А.Исследование характеристик износостойких покрытий, наносимых на режущие инструменты сложной формы методом катодноионной бомбардировки//Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 9. С. 4144.
Хакимзянова Алия Альбертовна,ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н.ТуполеваКАИ» г.Набережные Челныaliya_521@mail.ru
Особенности лазернойрезки листового материала для автомобильной промышленности
Аннотация.Лазерная резка это наиболее эффективный метод обработки листового металла, позволяющий получать отменное качество обработки и высокую производительность процесса. Применение лазерных технологий для получения деталей машин в условиях ПАО «КАМАЗ» показало высокую как экономическую, так и технологическую эффективность. Разнообразие технологий лазерного раскроя и резки листового материала позволяет подобрать необходимый метод и оборудование для конкретных задач производства.Ключевые слова: Лазерная резка, раскрой металла, оптоволоконный лазер, газонаполненный лазер, оптимизация лазерного реза.
Лазерная резка вид лазерной обработки листовогоматериала, при которой сфокусированный лазерный луч разрушает материал, струя сжатого газа выдувает его из зоны реза, в результате происходит разделение детали на две. Вместе с тем, этоодин из наиболее современных и эффективных методов раскроя тонкои среднелистового металла. Сфокусированное лазерное излучение позволяет производить высокий локальный нагрев материала, что дает возможность добиваться высокого качества резки.[1]Технология лазерной резки металла позволяет получить узкие резы высокого качества, при минимальной зоне термического влияния на заготовку, что позволяет сохранить физикохимические свойства обрабатываемого материала. Вследствие технологических особенностей лазерный раскрой является наиболее высокоточным и высокопроизводительным методом резки листового металла.Среди множества технологий по обработке металла лазерная резка выделяется своей экономичностью и эффективностью.В настоящее время в ПАО «КАМАЗ» все активнее применяются различные методы лазерного раскроя заготовок для производства автокомпонентов.Промышленным линиям производства выгоднее использовать листы металла для лазерной резки, чем необработанные детали большой толщины. При этом возможны экономия электроэнергии и применение видов лазерной резки листового металла с большей мощностью. Среди преимуществ
лазерной резки листового металла перед другими видами обработки можно выделить:
Высокую точность подачи и резки лазерного луча.
Минимум загрязнений на поверхности детали.
Малую вероятность нанесения деформации листу металла.
Снижение энергетических затрат.
Создание объемных сложных конструкций с большой скоростью и минимальной площадью обрабатываемого материала.[2]B зависимости от интенсивности излучения в зоне резания, вида обрабатываемого материала, состава и давления газа для газонаполненных лазеров или характеристик реза для твердотельных либо оптоволоконных лазеров различают несколько видов лазерной резки. Например:
лазернокислорордная резка
кислородная резка с поддержкой лазерным лучом
лазерная резка в среде инертного газа
лазерная испарительная резка
оптоволоконная лазерная резка и т.д.Технология лазерного раскроя металла эффективно используется как для резки больших партий однотипных деталей, так и для мелкосерийного широкономенклатурного производства. Оборудование для лазерной резки не требует, какого либо переоснащения или перенастройки при изменении конфигурации детали, что делает данный метод максимально гибким, и позволяет без остановки продолжать раскрой листа, лишь изменяя управляющие программы.Лазерные станки позволяют производить раскрой материала по совершенно произвольному контуру, получая максимально высокое качество обработки.
Рис.1 Лазерный станок LMC30000.7
Термическое воздействие лазерного излучения крайне мало, за счет исключительно локального контакта с обрабатываемой заготовкой, что позволяет избежать коробления или других форм деформации заготовки. Получаемый рез имеет высокое качество и может использоваться без дальнейшей механической обработки.При лазерной резке металла нет необходимости в специальном фиксировании заготовки, по сравнению с механическими методами обработки, что существенно уменьшает технологическое время необходимое для замены материала. Точность процесса лазерного раскроя выше механических методов обработки, поскольку в процессе механической обработки имеет место износ инструмента.
Лазер для резки металла состоит из:1.Особого источника энергии (системы накачки).2.Рабочего тела, обладающего эффектом вынужденного излучения.3.Резонатора оптического (набора специальных зеркал).Принадлежность лазерной резки к той или иной разновидности определяется по виду используемого лазера и его мощности. В настоящее время существует следующая классификация лазеров:1.Твердотельные (мощность не более 6 кВт).2.Газовые (мощностью до 20 кВт).3.Газодинамические (мощность от 100 кВт).В производственных целях наибольшей популярностью пользуется резка металла с твердотельным лазером. Излучение может подаваться в импульсном или непрерывном режиме. В качестве рабочего тела используется рубин, стекло с примесью неодима или CaF2 (флюорит кальция).Главным преимуществом твердотельных лазеров является способность создать мощный импульс энергии за доли секунды.Газовые лазеры применяются для резки металла в технических и научных целях. Активным телом выступает смесь газообразных азота, углекислого газа и гелия, атомы которых возбуждаются электрическим разрядом и обеспечивают лазерному лучу монохроматичность и направленность.Большой мощностью отличаются газодинамические лазеры. Рабочее тело —углекислый газ. Сначала газ нагревается до предельно высокой температуры, затем его пропускают через узкий канал, где происходит
расширение и последующее охлаждение СО2. В результате такой процедуры излучается энергия, используемая для лазерной резки металла.Газодинамические лазеры можно использовать для обработки металла с любой поверхностью. Благодаря невысокому расходу энергии луча, их можно поместить на расстоянии от обрабатываемой зоны и при этом сохранить качество резки металла.Лазерно –кислородная резка.[3]В этом случае режущим газом является кислород. При взаимодействии кислорода с раскаленным металлом происходит экзотермическая реакция окисления. Так в случае железа, выделившегося тепла обычно в 35 раз больше, чем подводимой мощности лазера.Образующиеся окислы выдуваются этой же струей кислорода.Особенностями процесса являются диаметр сфокусированного луча(меньше,чем диаметр кислородной струи 12 мм.); ширина реза, которая определяется диаметром сфокусированного луча и скоростью реза (чем меньше толщина листа и чем выше скорость обработки, тем уже рез(может быть меньше 100 мкм); давление в струе от
34атм при резке тонкого листа до
0.3 атм при резке листа , толщиной 30 мм; зазор между срезом сопла, формирующим струю составляет от 0.5 мм для тонкого листа до 3 мм для листа, толщиной 30мм; чем толще метал, тем меньше скорость реза. Минимальная скорость реза 0.50.6 м/мин; при скорости резания меньше, чем 0.5 м/мин качество лазерной резки значительно падает. На
поверхностиреза появляются характерные дефекты –вырывы, ширина реза возрастает.Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом. [3]Для резки толстолистовой стали применяется технология, при которой лазерный луч лишь нагревает поверхность металла до температуры около 1000 градусов перед тем, как на эту поверхность попадает сверхзвуковая струя кислорода. При этом, несмотря на экспоненциальную зависимость скорости окисления металла от температуры, процесс кислородной резки становится стабильным, стенки реза гладкими. Глубина резания значительно возрастает по сравнению с традиционной лазернокислородной резкой. Особенностями процесса являются: давление кислорода, необходимое для формирования сверхзвуковой струи большое (610 атм.); диаметр пятна на поверхности металла существенно больше, чем диаметр струи; ширина реза равна диаметру кислородной струи и больше 3мм; расстояние между срезом сопла и металлом 68 мм; скорость реза около 0,2 м/мин, что существенно ниже скорости лазернокислородной резки; толщина разрезаемого металла до 100 мм.Лазерная резка в инертном газе.[3] Применяется в тех случаях, когда нежелательно окисление кромок металла, например при резке нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов. Эффективность резки в инертном газе ниже, чем при лазернокислородной резке за счет отсутствия дополнительного источника нагрева. Особенностями процесса являются: наиболее распространенный инертный режущий газазот (при резке титанааргон); давление режущего газа большое, поэтому при такой технологии применяют фокусирующие линзы повышенной толщины; формируется сверхзвуковая струя режущего газа, которая выдувает капли расплавленного металла из зоны реза;излучение фокусируют на нижнюю поверхность листа; расстояние между срезом сопла и поверхностью металла минимально; при резке толстого металла диаметр сопла достаточно большой, доходит до 3 мм, поэтому расход инертного газа большой, он часто определяет стоимость резки; скорость резки в инертном газе относительно низка.Таблица 1. Характерные скорости лазерной резки различных материалов для лазеров, выпускаемых ЗАО "ТехноЛазер" [3]
МатериалыТолщина
ммСкорость резки м/минТЛВ700ТЛВ1500ТЛ3ТЛ5М,ТЛ6Сталь156
411.5
6
12
14
11.520
125
0,6Нержавеющая
сталь11
4
1
10
0,61,515
0,5Алюминиевые
сплавы21
1,2
6
1,5
8
0,6Медь2
0.3
Латунь10
0,6ДСП161246ПластикПММА200,62
40
1
80
0.5
СО2лазеры с поперечной прокачкой газовой средыпредназначены для использования в качестве генератора мощного когерентного инфракрасного излучения в составе лазерных станков. Представляют собой быстропроточные электроразрядные СО2лазеры непрерывного и импульснопериодического действия с поперечной прокачкой рабочей смеси в газовом контуре.Отличительной особенностью этих лазеров является высокое качество излучения за счет применения патентованного устойчивонеустойчивого резонатора. Лазер с таким излучением эффективно разрезает и сваривает не только сталь, но и алюминиевые сплавы.Волноводные трубчатые СО2 лазеры [4].Одномодовые СО2лазеры с высоким качеством излучения работают как в непрерывном, так и импульснопериодическом режиме. Применяются для прецизионной резки, перфорации отверстий, гравировки, сварки тонколистового металла, в кардиохирургии для реваскуляризации миокарда. По своим технологическим возможностям эквивалентны щелевым лазерам, но значительно проще и дешевле. Многоканальные лазеры генерируют одновременно до 60 параллельныхпучков. Идеальны для применения
в технологиях лазерной закалки и лазерной наплавки. В зоне лазерной термообработки
реализуется
прямоугольный профиль плотности мощности. Не требуется
сканаторов для выравнивания мощности. Отличительная особенность волноводных лазеров высокий кпд =11% и предельно низкое потребление газов = 3 лн/час.В лазерных комплексах также используются волоконные источники нового поколения [4], что позволяет добиваться высочайшего качества обработки, высокой производительности, а также максимальной надежности систем. Применение линейного привода в оборудовании для лазерной резки позволяет максимально реализовать возможности лазерного источника за счет высокой точности, динамичности и надежности данного решения. Прецизионный линейный привод позволяет выполнять раскрой с предельной скоростью ограничивающейся исключительно мощностью лазерного источника, а также дает возможность реализовать наиболее высокие скорости холостых перемещений, получить передовые точностные характеристики и гарантировать их неизменность на протяжении всего срока службы лазерного комплекса.
Рис.2 Станок лазерной резки серии LTC75с иттербиевымволоконнымлазернымисточником[1]
Например, dустановках лазерной резки серии LTC75 используется иттербиевый волоконный лазерный источник. Данный тип лазерных источников гарантирует невероятно малое потребление энергии, благодаря высокой эффективности активного элемента и низким стоимостям эксплуатации и обслуживания, обусловленным простотой конструкции источника. Лазерный луч отличается высоким качеством и высокой плотностью энергии. В отличие от источников CO2, волоконный источник не требует оптического пути, так как луч поступает от источника в зону резки через оптоволоконное соединение. Так же источник не требует наличия лазерного газа. Преимущества такого решения заключаются в том,чтоскорость резки на 60100% быстрее, чем у СО2лазера, на 70% меньшее энергопотребление. При этом не требуется присутствие лазерных газов. Кроме того, в конструкции отсутствуют подвижные части (турбина и т.д.), что приводит к тому, что практически не требует обслуживания. А также следует отметить возможность обработки цветных металлов и высочайшая надежность оборудования. [1]
Рис.3. Процесс лазерной резки
Лазерные установки для резки металла состоят из:1.Специального излучателя (твердотельный или газовый лазер). Должен обладать соответствующими энергетическими и
оптическими параметрами.2.Системы транспортировки и формирования луча и газа. Отвечает за передачу луча от источника излучения к детали, которая подвергается обработке, и изменение характеристик поступающего к точке реза рабочего газа.3.Устройство перемещения (координации) как самого металла, так и действующего на него лазерного луча. Дополнительно содержит исполнительный механизм, привод и двигатель.4.АСУ (автоматизированная система управления). Контролирует лазер и управляет координатным устройством и системой транспортировки и формирования луча и газа. Оснащенаразличными датчиками и подсистемами.
Рис.4. Станок для лазерной резки листовых металлов. [2]
Современный станок лазерной резки металла способен выполнять любые сложные задачи, даже лазерную художественную резку металла. Их производством занимаются как российские компании, так и зарубежные представители (например, немецкая компания “Trumpf”). [4]Заключение:Применениелазерной резки имеет множество преимуществ перед другими видами обработки металла. Поэтому все больше предприятий используют в своем производстве именно лазерную обработку металла. Лазерная резка металла это передовое решение позволяющее добиться максимальной эффективности обработки тонкои среднелистового металла.Основные преимущества, достигнутые в ПАО «КАМАЗ» и дочерних предприятиях [1], [5] при применении технологии лазерного раскроя и резки заготовок для автокомпонентов являются:
высокое качество обработки. Лазерная резка позволили получать наиболее высокое качество обработки, недостижимое при помощи плазменной и газоплазменной резки.
высокая производительность. Оборудование для лазерной резки позволило достичь высокой производительности обработки.
высокая точность обработки. Применяемое лазерное оборудование позволяет получать точность обработки порядка 0.005 мм.
высокая надежность и стабильность систем. Применение волоконного лазерного источника в совокупности с прецизионными системами движения на линейном приводе позволило существенно повысить надежность применяемого оборудования и практически устранило необходимость специального сервисного обслуживания.
лазерная резка стали производится в кислородной среде и позволяет получить высокое качество детали в совокупности с высочайшей производительностью процесса.
особенностью лазерной резки нержавеющих сталей является необходимость достижения кромки реза без окисленной поверхности. В данном случае используется азотная среда, что позволяет исключить горение материала в процессе резки.
раскрой алюминия является достаточно сложной задачей для термических методов обработки материалов вследствие высокой теплопроводности данного металла. Данная проблема решается применением современных волоконных лазеров позволяющих получать максимальное качество при лазерной резке алюминия, без образования окалины и наплывов.
Ссылки на источники1.http://aramiscorp.ru2.http://metallmaster.org3.http://www.technolaser.ru4.Технологические лазеры: Справочник: в 2 т., т. 1: Расчет, проектирование и эксплуатация/ Абильсиитов Г.А., Голубев В.С., Гонтарь В.Г. и др.; Под общ. ред. Абильсиитова Г.А.. М.: Машиностроение, 1991. 432 с.: ил.5.Савин И.А, Каюмов А.Ф.,. К вопросу применения инновационных методов звукои шумоизоляции автомобиля (на примере автомобиляамфибии «ВИКИНГ») // Современные научные исследования. Выпуск 2 Концепт. 2014. URL: http://ekoncept.ru/2014/54523.htm–[Дата обращения 09.03.2016].6.Leushin, I.O., Ul'yanov, V.A., Leushina, L.I. Predicting gasdefect formation on changing the investmentcasting technology (2013) Steel in Translation 2013. 43(11) рр. 681683.7.Савин И.А.Исследование характеристик износостойких покрытий, наносимых на режущие инструменты сложной формы методом катодноионной бомбардировки//Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 9. С. 4144.
