Trudności techniczne i rozwiązania dotyczące cięcia laserowego grubych płyt
Wraz z ciągłym rozwojem technologii produkcji przemysłowej cięcie laserowe znalazło szerokie zastosowanie w obróbce metali ze względu na zalety, takie jak wysoka precyzja, wysoka wydajność i-obróbka bezkontaktowa. Jednak technologia cięcia laserowego napotyka wiele wyzwań podczas cięcia grubszych płyt. Niniejsze opracowanie ma na celu systematyczną analizę trudności technicznych napotykanych w procesie cięcia laserowego grubych blach i zaproponowanie odpowiednich rozwiązań w celu zapewnienia wskazówek teoretycznych i odniesienia technicznego do praktyki przemysłowej.
Technologia cięcia laserowego podlega ciągłemu rozwojowi od małej mocy do dużej mocy i od cienkiej blachy do grubej blachy. Obecnie cięcie laserowe jest szeroko stosowane w produkcji samochodów, przemyśle lotniczym, budowie statków i innych dziedzinach. Jednakże wraz ze wzrostem grubości materiału problemy związane z jakością, wydajnością i kosztami cięcia stają się coraz bardziej widoczne, co wymaga pilnego zbadania i dogłębnego rozwiązania.
1.Główne trudności techniczne związane z cięciem laserowym grubej blachy
Podstawowym problemem występującym w procesie cięcia laserowego grubych blach jest znaczny spadek jakości wiązki wraz ze wzrostem głębokości cięcia. Ponieważ przy penetracji lasera w grubsze materiały nastąpi wielokrotne odbicie i rozproszenie, co spowoduje nierównomierny rozkład gęstości energii, co z kolei wpłynie na jakość cięcia. Badania wykazały, że gdy grubość cięcia przekracza 20 mm, właściwości ogniskowania wiązki laserowej znacznie się pogarszają, co skutkuje szerokim nacięciem na dnie wąskich defektów w kształcie-klina.
Po drugie, nie należy ignorować-strefy wpływu ciepła generowanej w procesie cięcia grubej blachy. Ze względu na słabą przewodność cieplną grubej płyty energia lasera gromadzi się wewnątrz materiału, powodując rozszerzanie-strefy wpływu ciepła, co może powodować zmiany w mikrostrukturze materiału i wzrost naprężeń własnych. Dane eksperymentalne pokazują, że podczas cięcia stali węglowej o grubości 30 mm szerokość-strefy wpływu ciepła może być nawet 3–5 razy większa niż w przypadku cięcia cienkiej blachy, co poważnie wpływa na właściwości mechaniczne materiału.
Kolejnym poważnym problemem technicznym jest przyczepność żużla i wzrost chropowatości powierzchni skrawania. W procesie cięcia grubych płyt stopiony metal jest trudny do całkowitego wydmuchania przez gaz pomocniczy i łatwo jest utworzyć nagromadzenie żużla na dnie cięcia. Jednocześnie, ze względu na niestabilny dopływ energii, na powierzchni cięcia często pojawiają się wyraźne smugi i nierówności. Statystyki pokazują, że gdy grubość blachy przekracza 25 mm, wartość chropowatości Ra powierzchni skrawania może osiągnąć 2-3 razy większą wartość w przypadku cięcia cienkiej blachy.
2. Rozwiązanie problemów technicznych związanych z cięciem laserowym grubej blachy
W przypadku problemów z jakością wiązki optymalizacja parametrów lasera jest najbardziej bezpośrednim rozwiązaniem. Zwiększając moc lasera (zwykle potrzeba więcej niż 6 kW), dostosowując częstotliwość impulsów i cykl pracy, można poprawić głębokość penetracji energii. Jednocześnie zastosowanie dynamicznego systemu ogniskowania umożliwia automatyczną regulację położenia ogniskowania podczas procesu cięcia, aby utrzymać najlepszy rozkład gęstości energii. Eksperymenty wykazały, że zastosowanie lasera światłowodowego o mocy 12kW z technologią dynamicznego ogniskowania pozwala skutecznie ciąć blachę ze stali nierdzewnej o grubości 40mm.
W kontrolowaniu-strefy wpływu ciepła kluczowe znaczenie ma rozwój nowej technologii głowic tnących. Zastosowanie oscylacyjnej głowicy tnącej lub technologii oscylacji wiązki może rozproszyć dopływ ciepła i zmniejszyć miejscowe przegrzanie. Ponadto precyzyjna kontrola gazów pomocniczych (np. przy użyciu-azotu pod wysokim ciśnieniem lub specjalnych mieszanin gazów) może skutecznie chłodzić strefę cięcia. Badania wykazały, że połączenie chłodzenia gazowego i strategii cięcia przerywanego może zmniejszyć-strefę wpływu ciepła o ponad 40% w przypadku stopów aluminium o grubości 30 mm.
Aby rozwiązać problem żużla, kluczowe znaczenie ma ulepszenie pomocniczego układu gazowego. Zastosowanie konstrukcji z podwójną dyszą gazową (wewnętrzny gaz-o wysokim ciśnieniu do usuwania żużla i zewnętrzny gaz ochronny zapobiegający utlenianiu) może znacząco poprawić jakość cięcia. Jednocześnie zoptymalizowane planowanie ścieżki cięcia i wprowadzenie-systemów monitorowania w czasie rzeczywistym (np. czujników wizualnych lub monitorowania akustycznego) pozwala na szybkie wykrywanie i usuwanie nagromadzonego żużla. Praktyka pokazuje, że te środki mogą zmniejszyć ilość pozostałości żużla po cięciu grubych blach o ponad 60%.