Лазерная резка металла

Лазерная резка - это технологическая операция по резке и раскрою металла с использованием сфокусированного лазерного луча, получаемого при помощи специального оборудования. На сегодняшний день – это самая эффективная и востребованная технология, позволяющая получить изделия высокого качества, точности.

Материалы, которые можно разделить с помощью лазера, очень разнообразны. К ним относятся все виды сталей, алюминий и сплавы из него, различные цветные металлы. Среди них:

стали с толщиной 0,2 — 30 мм;
алюминий, алюминиевые сплавы с толщиной 0,2 — 30 мм;
стали нержавеющие с толщиной 0,2 — 50 мм;
латунь, медь с толщиной 0,2 — 15 мм.

Лучше всего режутся материалы с низкой теплопроводностью, т.к. в этом случае энергия сфокусирована в меньшем объеме. А при резке металлов, которые имеют высокий показатель теплопроводности, возможно образование грата (остатков расплавленного материала на поверхности реза).

Этапы процесса лазерной резки металла

В схему технологического процесса входит несколько основных этапов:

Сначала луч лазера сосредотачивается в заданной точке обрабатываемого металла.
Затем металл нагревается до необходимой температуры, начинается его плавление, с образованием на границе плавления углубления.
Следующий этап – кипение, испарение металла под действием энергии лазерного излучения.

Как правило, для управления лучом лазера используют специальный компьютерный продукт, что позволяет сделать процесс полностью автоматическим.

На практике лазерную резку металла выполняют 2-мя методами:

плавлением металла по линии реза;
испарением металла по линии реза.

Детали, которые можно получить методом испарения, имеет ограничения по толщине. Эта технология используется в основном для тонких деталей. Кроме того, резка металла путем испарения требует применения мощного оборудования и, следовательно, больших затрат энергии. Поэтому, данный метод не всегда экономически оправдан.

Технологическая схема разрезания металлов методом плавления лазером более востребована. В настоящее время этот процесс выполняется в комплексе с использованием различных газов (азота, аргона, кислорода, воздуха, других), вдуваемых в зону реза. Такая газово-лазерная технология позволяет:

использование оборудование меньшей мощности;
резать как тонкие, так и толстые материалы;
уменьшать энергопотребление;
увеличивать скорость процесса, количество готовой продукции.

Оборудование для лазерной резки

Существует три типа установок, применяемых для резки лазерным лучом:

установки твердотельного типа;
газовые установки;
газодинамические установки.

В конструкции твердотельных установок присутствуют две основных детали: рабочее тело, роль которого чаще всего играет искусственный рубиновый стержень, лампа накачки.

Лампу накачки эксплуатируют для передачи нужного излучения на рабочее тело - стержень. Данное оборудование, как правило, работает в режиме импульса, хотя встречаются установки, работающие в непрерывном режиме.

В газовых установках для резки или раскроя металлических поверхностей роль рабочего тела выполняет газ. Он через специальную трубку закачивается непосредственно в рабочее поле лазерного луча. В этом технологическом сегменте широко эксплуатируются щелевые установки, с рабочим телом в виде углекислого газа. Их основные преимущества заключаются в простоте использования, компактности, мощности.

Принцип действия газодинамических установок основан на том, что рабочий газ первоначально греют до температуры от 2000 до 3000 °C. Затем пропускают через сопло со скоростью, несколько превышающей скорость звука, охлаждают. Оборудование для реализации такого технологического процесса дорогостоящее и применяется не часто.

Любое оборудование для выполнения работ по резке с помощью лазера, независимо от того, к какому виду оно относится, имеет такие узлы:

узел для передачи и образования газового потока, излучения (сопло, подающее газовое устройство, система зеркал, оптические элементы);
специализированный излучатель (газовый либо твердотельный) с определенными энергетическими или оптическими показателями;
узел для управления, контроля над работой;
узел для перемещения (координации) как обрабатываемой металлической детали, так и, непосредственно, лазерного луча.

В процессе работы лазер и оптические элементы разогреваются. Их нужно охлаждать. Это делают либо с помощью воды, либо обдувом воздуха. В первом случае, когда роль теплоносителя выполняет вода, установка для резки оснащается теплообменником или холодильной установкой.

Преимущества и недостатки резки лазерной

Лазерная резка имеет ряд достоинств по отношению к другим видам раскроя металлических изделий. А именно:

технологический процесс не предусматривает соприкосновение инструмента и детали, поэтому можно работать с хрупкими материалами;
широкий диапазон толщин, марок материалов для обработки. В частности, стали нержавеющие толщиной до 50 мм либо твердосплавные материалы;
высокая точность, скорость технологического процесса. Управление лазерной резкой с помощью компьютера позволяет снизить погрешность и получить деталь с любым заданным контуром;
лазерная резка выступает как альтернативный техпроцесс, заменяющий ковку, штамповку, при небольших партиях (экономия за счет изготовления специальной штамповой или ковочной оснастки);
малый процент отходов. Не надо дополнительно использовать механическую обработку (срез ровный, заусенец отсутствует);
снижение себестоимости продукции увеличения скорости, производительности.

Хотелось бы обратить внимание на дополнительную «опцию», свойственную лазерному раскрою. Это возможность гравировать на металле «метки», определяющие места стыков швов, точки сверления отверстий и прочее.

Невзирая на универсальность, высокую технологичность метода обработки металлов лазерной резкой, и ему свойственны недостатки. Вот некоторые из них:

ограничение толщин обрабатываемых изделий;
возможность образования грата, который нужно дополнительно удалять. Грат - это застывшие на нижней кромке реза остатки расплавленного металла либо его оксидов;
необходимость в высококвалифицированных кадрах;
высокая мощность, энергопотребление отдельных видов оборудования.

Цена лазерной резки металла

Стоимость лазерной резки рассчитывается в каждом конкретном случает отдельно. На цену влияют: оперативность выполнения работ, сложность реза, объем заказа, вид и толщина обрабатываемого материала, другие параметры. Цена лазерной резки указывается за метр реза.

Раскроить обычную конструкционную сталь всегда дешевле, чем нержавейку. Цена за метр простого лазерного реза у первой начинается от 12 рублей, а нержавеющей стали – от 15 с копейками – данные для толщины листа не более 1 мм. Стоимость раскроя стали 2 см – уже более 230 руб/м.п. по прямой.

Наиболее дорогая в обработке медь, при толщине листа цена 1 метра простого лазерного раскроя начинается от 22 руб. (при больших объемах).

Также везде для расчета итоговой стоимости применяются коэффициенты. Простой рез – 1,0, сложный – 1,2 – 1,3, раскрой с повышенной сложностью – 1,5 – 1,9.

Применение лазерной резки и раскроя

В силу ряда положительных свойств лазерная резка металла эксплуатируется для создания:

деталей, используемых в производстве различных машин, механизмов (пластины, кронштейны, панели и прочее);
оборудования для торговых залов, складское оборудование (стеллажи, полки, стойки, прочее);
деталей для печей, котлов, дымоходов;
шаблонов, трафаретов, вывесок;
элементов дверей, ворот, ограждений.

Лазерная резка и раскрой имеют неоспоримые приоритеты в сравнении с другими видами обработки металлических поверхностей. Это способствует, во-первых, расширению рынка оборудования для лазерной резки и, во-вторых, увеличению количества изделий, получаемых с помощью этой технологии.

Лазерную резку металла применяют для раскроя нержавеющего проката, алюминиевых листов, медного проката, латунного и другого.

Кроме металла, лазерная резка применима для картона, фанеры, МДФ, капролона, паронита, кожи, резины, ПВХ, полистирола, оргстекла, шпона и многих других материалов.