Принципы работы и классификация лазеров
Лазеры - это лазерные генерирующие устройства, которые широко используются в медицине, аэрокосмической промышленности, механообработке, автомобильной электронике, судостроении и передовых научных исследованиях. Лазер состоит в основном из трех частей: источника накачки, среды усиления и оптического резонансного резонатора. Источник накачки обеспечивает лазер энергией. Среда усиления поглощает энергию, предоставляемую источником накачки, инвертирует число частиц и обеспечивает систему среды для света, усиленного стимулированным излучением. Оптический резонатор обеспечивает пространство для возбуждения энергии, которое может многократно отражать свет, усиливать возбужденный свет и, наконец, выпускать лазер.
В соответствии с характеристиками оптического волокна во временной области лазеры делятся на непрерывные и импульсные. По структурным различиям резонансной полости лазеры делятся на волоконные лазеры с линейным резонатором, волоконные лазеры с кольцевым резонатором и волоконные лазеры с распределенной обратной связью. В соответствии с различными волокнами усиления и методами накачки, лазеры делятся на волоконные лазеры с одной оболочкой и волоконные лазеры с двойной оболочкой. С развитием индустрии производства высокотехнологичного оборудования лазерная технология получила широкое распространение во всем мире благодаря таким преимуществам, как высокая точность, высокая эффективность и низкая стоимость. Как представитель третьего поколения лазерных технологий применения, волоконный лазер имеет преимущества высокой эффективности, низкий порог, низкие потери и т.д., что обеспечивает возможность для более компактных и меньших структурных конструкций, и постепенно стал важной частью промышленной обработки, медицины, военной и национальной обороны и т.д. Основные лазеры в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении, судостроении и научных исследований.
Тип лазерной резки
Резка с выпариванием
Когда сильное лазерное излучение попадает на заготовку, оно быстро нагревает материал до состояния кипения, в результате чего часть материала превращается в жидкость, а другая часть вытекает из режущего основания с потоком высокотемпературного газа. Производимая лазером при этом энергия в 10 раз превышает эффект термоядерной резки. Лазерная резка - это особый метод резки, который позволяет сплавлять объекты, не поддающиеся сплавлению, такие как дерево, резина или другие металлы. Лазер излучает лазерный свет на поверхность объекта, часть которого преломляется объектом, а другая часть поглощается объектом. При повышении температуры объекта его коэффициент преломления постепенно уменьшается. Когда энергия лазерного луча высвобождается, он нагревает лист до тех пор, пока температура поверхности не достигнет точки кипения. Пар выбрасывается из заготовки со скоростью звука.
Плавильная резка
В технологии лазерной плавильной резки высокоэнергетический лазер сначала используется для облучения металлических материалов, чтобы достичь температуры плавления металла и расплавить его, а затем высокоэнергетические Ar, N2, He и другие невоспламеняющиеся газы и высокоэнергетический сжатый воздух используются в качестве движущей силы. Вещество подталкивается к поверхности металла для эффективной резки. Технология лазерного плавления может использоваться для резки трудноокисляемых металлов на твердые. Например, при точной резке нержавеющей стали, титана, алюминия и их сложных компонентов расходуется всего 1/10 от первоначальной энергии лазера.
Окислительная резка
Технология лазерной оксидированной резки позволяет быстро обрабатывать объекты. В качестве инструментов обработки используются высокоэнергетические лазерные лучи и окислители, которые ускоряют поступление кислорода на поверхность объекта и превращают его в мелкие частицы, которые можно отделить. Лазерная технология может быть использована для эффективного окисления поверхности стали (например, углеродистой или титановой), что улучшает качество ее поверхности. Эта технология более эффективна, чем традиционные методы выпаривания или сварки, и при этом не потребляет слишком много энергии.
Преимущества применения лазерной резки
Повышение точности обработки деталей
Применение технологии лазерной резки в процессе механической обработки позволяет еще больше повысить точность обработки деталей и обеспечить соответствие размеров деталей соответствующим требованиям. По сравнению с традиционными способами обработки, такими как плазменная обработка или ручная обработка, технология лазерной резки позволяет контролировать отклонение формы и размеров обрабатываемых деталей в соответствующих пределах, повысить точность обработки, обеспечить равномерность сечения деталей, улучшить гладкость поверхности деталей и создать лучшие условия для последующего сращивания. Она обеспечивает удобство сборки и т. д., оптимизирует процесс обработки, устраняет звенья шлифовки и обработки, обеспечивает упорядоченное выполнение сварочных операций и повышает качество продукции.
Снижение затрат на обработку
По сравнению с традиционными механическими способами обработки, применение технологии лазерной резки позволяет эффективно снизить затраты на обработку, повысить уровень обработки и удовлетворить потребности предприятий в развитии. В процессе внедрения лазеров, по мере повышения технологического уровня нашей страны, мощность лазеров продолжает увеличиваться с киловатт до 10 000 ватт, а цены постепенно снижаются, уменьшая инвестиционные затраты предприятий. Использование лазеров позволяет эффективно повысить эффективность обработки и точность обработки, снизить уровень энергопотребления, обеспечить квалификацию деталей, снизить производственные затраты и повысить корпоративную выгоду. В то же время лазер имеет относительно долгий срок службы, что позволяет сократить расходы на обслуживание оборудования.
Повышение уровня механической обработки
Применение технологии лазерной резки в механообрабатывающем звене может облегчить формирование и обработку деталей и повысить уровень отделки изделий. Например, в процессе лазерной резки происходит термообработка поверхности металла, что позволяет реализовать лазерную сварку металла, повысить эффективность производства, обеспечить качество продукции и оказать содействие развитию предприятия. Технология лазерной резки также помогает удовлетворить требования к точности обработки и повышает уровень применения механических деталей. С появлением станков для лазерной резки мощностью 60 000 Вт, средние и толстые листы стали определяться по-новому. В прошлом углеродистая сталь толщиной 20 и 30 мм была толстым листом, который было трудно обрабатывать, но теперь 30-миллиметровый лист переосмыслен как тонкий. Потому что 60 000 Вт могут разрезать 30-миллиметровый лист углеродистой стали со скоростью 5 м-мин-1, что намного быстрее, чем плазменная, пламенная и другие методы резки. В настоящее время предельная толщина резки 60 000 Вт превысила 300 мм, а диапазон резки также превысил диапазон пламенной резки, поэтому она может полностью заменить плазменную и газовую резку. Увеличение мощности лазера значительно повысило уровень обработки и внесло исторические изменения в обработку/обработку листового металла.
Процесс лазерной резки На эффект лазерной резки влияет множество факторов, включая, но не ограничиваясь, входную энергию, частоту преобразования, расстояние регулировки, используемые вспомогательные материалы и давление газа. Основные требования к качеству лазерной резки включают узкие щели, небольшое тепловое воздействие на режущие кромки, хорошую параллельность режущих кромок, отсутствие остатков резки и гладкие поверхности реза. Существует множество факторов, влияющих на качество лазерной резки, поэтому быстрое и простое определение параметров процесса обработки в реальных условиях является важной задачей.
Мощность лазера
На мощность лазера влияет не только оборудование, но и внешние условия, например, свойства материала для резки. Если поверхность режущего материала относительно гладкая, отражательная способность лазера на поверхности материала относительно высока. Лазер отражается внутрь лазера и может легко повредить его. Поэтому антиотражательные характеристики лазера особенно важны. Если материал для резки имеет относительно хорошую теплопроводность, то при лазерной резке тепло будет передаваться от поверхности резки к внутренней части материала, вызывая тепловую деформацию материала и негативно влияя на применение механических деталей. В практическом применении необходимо проанализировать свойства обрабатываемого материала и выбрать соответствующий лазер в соответствии с требованиями к точности резки, чтобы повысить уровень резания и способствовать достижению целей механической обработки.
Скорость резки
Для заданной плотности мощности лазера и материала скорость резки подчиняется эмпирической формуле. Пока скорость резки выше порога прохождения, скорость резки материала будет пропорциональна плотности мощности лазера, то есть увеличение плотности мощности может увеличить скорость резки. Скорость резки обратно пропорциональна плотности (удельной массе) и толщине разрезаемого материала. Если скорость резки слишком низкая, лазер передает больше тепла, чтобы сделать разрез шире. Расплавленный материал с обеих сторон надреза собирается и застывает у нижнего края надреза, образуя шлак, который трудно очистить. Верхний край надреза приобретает круглую форму из-за чрезмерного нагрева и плавления. рог. Соответствующее увеличение скорости резки может улучшить качество разреза, то есть щель становится более узкой, поверхность разреза более ровной, а деформация уменьшается. При слишком высокой скорости резки линейная энергия резания ниже требуемого значения, и струя в режущем шве не может быстро сдуть расплавленный расплав, что приводит к большой величине сопротивления. Поскольку шлак нависает над надрезом, качество поверхности надреза снижается.
Давление газа
При выборе вспомогательного газа для получения качественных результатов лазерной резки решающее значение имеет его давление, которое напрямую влияет на скорость резки и количество шлака. Кроме того, для разных типов материалов и материалов одного типа с разной толщиной требуются разные типы и давление вспомогательных газов. Поэтому при выборе вспомогательного газа необходимо всесторонне продумать, исходя из реальной ситуации. В процессе резки функция вспомогательного газа заключается в выдувании шлака в режущем шве, что обеспечивает хорошее качество резки и повышает производительность. Вспомогательный газ также может охлаждать область разреза, уменьшать зону термического влияния и снижать тепловую деформацию листа. При использовании кислорода для лазерной резки вспомогательный газ кислород может как способствовать расплавлению металлического материала, так и рассеивать жидкий металл под действием давления газа, повышая тем самым эффективность резки. Использование кислорода также может вызвать реакцию окисления между металлом и воздухом, тем самым выделяя большое количество тепла для завершения процесса резки.
Положение фокуса
В лазерной резки работы, изменения в положении фокуса, то есть количество расфокусировки, оказывают непосредственное влияние на качество лазерной резки. При определенной толщине пластины и мощности резки необходимо выбрать оптимальное положение фокуса. В этом диапазоне ширина щели будет небольшой и стабильной, а качество резки - высоким. Характеристики лазерной резки при различных положениях фокуса отличаются. Во-первых, резка с нулевым фокусом. Гладкость верхней и нижней поверхностей заготовки различна. Поверхность резки вблизи фокуса относительно гладкая, в то время как нижняя поверхность, удаленная от фокуса, кажется шероховатой. Во-вторых, резка с положительным расфокусом. Диапазон облучения лазерного луча на поверхности обрабатываемого материала становится шире, а луч внутри щели имеет угол расхождения, что увеличивает ширину щели.
Заключение
В последние годы виды технологий, которые могут быть использованы в механообрабатывающей промышленности, постепенно расширяются. Как повысить точность обработки и обеспечить выполнение планов производства и обработки, заслуживает глубокого изучения. Лазерная резка имеет значительные преимущества в эффективности обработки, качестве обработки и затратах на производство и обслуживание, и получила широкое распространение. В реальной лазерной резке существует множество факторов, влияющих на качество резки. С быстрым развитием лазерной промышленности необходимо постоянно повышать уровень применения лазеров, в полной мере использовать прикладное значение технологии лазерной резки, освоить ключевые моменты применения процесса и продолжать повышать качество механической обработки.
