Како ласерските сечилки за алуминиум лесно се справуваат со тенки и дебели листови

Топлинска спроводливост и рефлективност: Клучни пречки при Алуминиум ЛАСЕРСКО СЕЧЕЊЕ

Комбинацијата на високата топлинска спроводливост на алуминиумот од околу 235 W/m·K, заедно со неговата склоност да рефлектира околу 95% од светлината на влакнест ласер, создава големи предизвици за секој кој се обидува да го исече со ласери. Поголемиот дел од ласерската енергија едноставно се одбива наместо да се апсорбира, што го прави целиот процес неефикасен и принудува компаниите да инвестираат во напредни оптички системи само за да ја одржат стабилноста во текот на сечењето. Некои истражувања објавени минатата година покажале губитоци блиску до 30% кога се работи со алуминиумски парчиња потенки од 3 мм, доколку параметрите не се правилно прилагодени. Затоа паметните производители започнаа да применуваат импулсни ласерски техники, како и посебни антирефлексни прекривки директно на своите сечни глави. Овие прилагодувања имаат големо значење за подобрување на апсорпцијата на ласерската енергија од страна на материјалот, иако работиме со материјал кој упорно рефлектира како алуминиумот.

Улогата на дебелината на материјалот во стабилноста на процесот и енергетската ефикасност

Дебелината на материјалот прави голема разлика во управувањето со топлината, одредувањето на потребната енергија и одржувањето на стабилност на процесот при операциите на сечење. За тие тенки лимови под 3 милиметри всушност е потребно околу 15 до 20 проценти повеќе моќ само за да започне сечењето, бидејќи топлината се шират многу брзо низ нив. Од друга страна, поголемите плочи над 10 мм се соочуваат со таканаречен проблем на плазмено заштитување. Всушност, растопениот материјал има тенденција повторно да се затврди пред сечењето да заврши целосно, што потрошува многу повеќе енергија од очекуваното. Земете го алуминиумот како пример – сечењето на парчиња дебели 12 мм работи со околу половина од ефикасноста при работа со лимови од 6 мм според индустриски стандарди. Погледнете го графиконот подолу за појасна слика на овие разлики кај различни дебелини на материјали и соодветните оперативни потреби.

Чести дефекти во Сечење на алуминиум со ласер и како се однесуваат кон дебелината на лимот

Начинот на кој се формираат дефектите навистина зависи од дебелината на материјалот. Кога ќе ги разгледаме тенките лимови меѓу 1 и 3 мм, кај приближно една од секои шест индустријски апликации се појавуваат проблеми со виткање бидејќи топлината не се распрснува еднакво по површината. Кај погрубите плочи од 8 мм и повеќе, производителите често се соочуваат со нерамни работи и остатоци од расплавен метал, бидејќи истите не наполно излегуваат во текот на процесот. Лимовите со дебелина од 6 до 10 мм имаат сосема друг предизвик. Тие имаат склоност кон оксидација приближно 40% повеќе отколку другите големини, едноставно затоа што подолго време стојат во контакт со помошните гасови, особено кога се вклучува кислородот. Но, има добри вести за потенките материјали под 5 мм. Со прецизно прилагодување на параметрите на процесот и специфично користење на азотен гас под притисок поголем од 15 бар, работилниците можат значително да го намалат формирањето на отпад, понекогаш дури и за три четвртини помалку во споредба со стандардните методи.

Влакнест ласер спрема CO2 ласер: Избор на правилната технологија за алуминиум

Својствата на апсорбција на енергија кај влакнестите ласери ги прават посебно ефективни при работа со алуминиумски материјали. Овие ласери обично работат во опсег од 1070 нанометри, што алуминиумот всушност апсорбира околу 40 проценти подобро во споредба со старите CO2 ласери кои работат на 10,6 микрометри. Практично, тоа значи дека значително помалку моќ се губи поради рефлексии, намалувајќи ја загубата на енергија за околу 70%. И бидејќи има помалку загуба на енергија, забележуваме и многу побрзи времиња на процесирање. На пример, при сечење на алуминиумски лимови дебели 3 милиметри, влакнестите ласери можат да достигнат брзини од околу 25 метри во минута, додека традиционалните CO2 системи имаат проблеми да достигнат и 8 метри во минута под слични услови.

Споредба на перформансите: Влакнест ласер спрема CO2 ласер за алуминиум по дебелина

Иако фибер ласерите доминираат во апликациите за тенки лимови поради нивната прецизност и ефикасност, CO2 ласерите сепак обезбедуваат подобро завршно обработување на средно дебели алуминиумски плочи (6-15 мм), постигнувајќи површини до 25% поуглажени во споредни тестови.

Кога CO2 ласерите сè уште имаат смисла за многу дебели алуминиумски плочи
За алуминиум поголем од 15 мм, CO2 ласерите остануваат релевантни бидејќи нудат:

• 30% побрзо првично пробивање на моќност од 2,5 kW
• Намален раскажан метален сок при операции со повеќекратно вртење
• Ефективно спојување со помошен гас кислород за подлабоко термално проникнување

Влез од самата производствена линија на една од водечките производни компании во Кина открива интересни резултати. При тестирање на различни ласерски системи врз алуминиски лимови со дебелина од 10 мм, забележале дека 6kW фибер ласер постигнал брзина на сечење од околу 1,2 метри во минута со убави и чисти прави агли. Спротивно на тоа, постарата 4kW CO2 инсталација всушност сечела побрзо, со околу 1,5 метри во минута, но оставала груби работи кои побарувале дополнителна обработка по сечењето. Дебелината има големо значење тука, бидејќи влијае не само на брзината на обработката на материјалите, туку и на типот на завршна обработка потребна после сечењето. Производителите мора внимателно да ги испратат овие фактори при изборот помеѓу различни ласерски технологии за своите производни линии.

Пресносно сечење на тенки алуминиски лимови: параметри и најдобри практики

Клучни барања за прецизност при сечење на тенки алуминиски лимови

Резењето на тенко алуминиум (<3 мм) бара точност на ниво на микрони за да се избегне деформирање и деформација на работ. Поради високата топлинска спроводливост на алуминиумот, дури и мали флуктуации во моќноста на ласерот можат да предизвикаат непоследователно топење. Неправилни поставки зголемуваат стапката на отпад до 22% во сектори со високи толеранции како што е аерокосмичкиот.

Оптимизација на ласерската моќност, брзина и фокусирање за алуминиум под 3 мм

За лимови од 0,5-3 мм, влакнести ласери од 1-2 кВ имаат најдобри резултати при брзини меѓу 10-25 м/мин. Пониска моќност претставува ризик од неполноразрезани работи; прекумерна моќност ја намалува квалитетот на работ. Истражувањата укажуваат дека жижишната далечина од 0,8-1,2 мм оптимизира густината на зракот за чисти, тесни резови.

Избор на помошен гас: Азот спрема Кислород за чисти, безгрчки работи

Азотот е пожелен за готови делови кои не бараат вторично третирање, додека кислородот е подобрен за брзо прототипирање каде што последното обработување е прифатливо.

Случајна анализа: Обработка со висока брзина на 1 мм алуминиум со 1 кВ влакнести ласер

Автомобилски добавувач постигнал првопасен принос од 98% на алуминиумска легура 5052 од 1 мм со користење на влакнест ласер од 1 kW при 18 м/мин со азотна поддршка. Оваа конфигурација ја намалила потрошувачката на енергија по дел за 37% во споредба со старите CO2 системи.

Решенија со ласери со висока моќност за сечење дебели алуминиумски плочи

Технички предизвици при сечење дебели алуминиумски лимови над 10 мм

Работата со алуминиум дебел повеќе од 10 мм поставува реални предизвици поради неговата брза проводливост на топлина и отсување на ласерска светлина (над 90% кај приближно 1 микрометар бранова должина). Металот има тенденција брзо да ја распрснува топлината и троши многу енергија за време на процесирањето, што значи дека машините имаат потреба од околу 25 до можеби дури 40 проценти повеќе моќ во споредба со резење на челик. Постои уште еден проблем: кога главата за резење вибрира хармонично, всушност може да ја помести ласерската зрака за плус или минус 0,05 милиметри. Тоа не звучи многу, но во прецизна производство каде што важат допустивите отстапувања, такво отстапување може целосно да ги поквари деловите. Според последни откритија од Извештајот за техника на обработка од минатата година, производителите кои работат со алуминиумски лимови дебели 14 мм откриле дека треба да ги задржат ласерските импулси под 500 херци ако сакаат да ги избегнат проблемите со оксидација и при тоа да добиваат чиста ширина на рез од 30 микрометри конзистентно на сите парчиња.

Усогласување на ватажата на ласерот со дебелината на алуминиумот за оптимална пенетрација

Индустријските податоци покажуваат скоро линеарна зависност меѓу дебелината и потребната ласерска моќ:

Овие вредности се земени предвид кашто алуминиумот има склоност да преусмери 30-40% од енергијата на CO2 ласерот, во споредба со само 10-15% кај фибрите. Напредокот во формирањето на зракот сега овозможува на 8kW фибрени ласери да постигнат апсорпција од 93% кај плочи од 15mm — подобрување од 23% во однос на поранешните модели.

Одржување на квалитетот на сечењето при пониски брзини кај ласерско сечење на дебели пресеци

При работа со брзина подолу од 1 метар во минута, времето што течната метална маса останува на едно место се зголемува за 50% до 70%. Ова продолжено задржување значително ја зголемува веројатноста од формирање на дрос (отпаден материјал) за време на процесот. Среќа, динамичката регулација на ласерската фокусна точка во опсег од +/-2 мм, комбинирана со притисок на азот меѓу 18 и 22 бара, овозможува контрола врз површинската обработка, при што грубоста обично се одржува на околу 30 микрони Ra или подобро. Научните тестови го потврдуваат тоа. Недавна студија за обработка на материјали покажа како пулсирани влакнести ласери со снага од 4kW можат да сечат алуминиум 6061-T6 со дебелина од 12 мм со брзина од 1,5 метри во минута. Забелешливо е дека така направените сечења оставаат повторно полегнат слој со дебелина од само околу 15 микрони, што всушност ги исполнува строгите услови потребни за делови наменети за производство на авиони.

Еднопасно спрема многупасни техники: компромис помеѓу ефикасност и квалитет

Кога станува збор за сечење на лимови од 15 мм, техниките со еден мин, можат да достигнат ефикасност на материјалот од околу 95%, иако потребни се доста моќни ласери - барем околу 12 kW само за да се задржи точноста од 0,1 мм по метар. Алтернативниот пристап користи повеќепасовни методи со опрема од 6 kW што всушност дава подобри агли на работ, до помалку од половина степен отстапување, но тоа доаѓа со цена, бидејќи потрошувачката на гас пораснува за околу 40%. Гледајќи ги последните индустриски податоци од Industrial Laser Review 2023, се случува нешто интересно и со поголемите дебелини на материјалот. За оние кои работат со плочи од 18 мм, двопасовното сечење со брзина од околу 0,7 метри во минута завршува задачите 37% побрзо во споредба со стандардните постапки со еден мин кои работат на брзина од 0,5 м/мин, при што сепак се постигнува клучната точност од ±0,1 мм потребна за повеќето примени.

Адаптивна поставување на машината за безпрекорни преходи низ различни дебелини на алуминиум

Современите ласерски машини за резење можат да работат со сите видови дебелини на алуминиум благодарение на своите интелигентни функции за автоматизација. Системите паметат посебни поставки за секоја дебелина на материјалот. Земете го како пример 1kW влакнести ласер кој работи со околу 70% моќност, движејќи се со 12 метри во минута при резење тенки лимови од 1 мм, но зголемува до околу 95% моќност и забавува на 3 метри во минута за поголеми плочи од 10 мм. Овие автоматски промени значително ја олеснуваат поставката. Според истражување објавено во студијата Ласерска ефикасност во процесирањето од 2023 година, овој вид на автоматизација намалува грешките при поставката за околу 82% во споредба со случаите кога операторите рачно прават сите прилагодувања.

Динамичката контрола на фокусот осигурува прецизност на зракот со прилагодување на фокусната позиција во рамките на ±0,05 мм за да се приспособи кон извиткани или нерамни материјали. Актуаторите за висина на млазницата одржуваат постојано растојание од 0,8-1,2 мм, што е важно при преминувањето меѓу фолии со огледален финиш и текстурирани дебели плочи.

Овие интегрирани системи драстично го намалуваат времето на простој. Додека рачното прилагодување и смената на гас претходно траеше 15-25 минути, современите машини завршуваат целосна транзиција за помалку од 90 секунди. Како резултат, производството на листови со мешана дебелина станува економски исплатливо, при што производителите пријавуваат зголемување на продуктивноста од 37% кај нарачки со мали серии.

ЧПЗ

Зошто алуминиумот е предизвик за ласерско сечење?

Алуминиумот е предизвик за ласерско сечење поради неговата висока топлинска проводливост и рефлективност, што предизвикува поголем дел од ласерската енергија да се рефлектира наместо да се апсорбира.

Кој тип на ласер е подобар за сечење на тенки алуминиумски лимови?

Фибер ласерите се подобри за сечење на тенки алуминиумски лимови бидејќи поефикасно апсорбираат енергија и овозможуваат побрзи брзини на обработка во споредба со CO2 ласерите.

Како влијае дебелината на материјалот врз ласерското сечење на алуминиум?

Дебелината на материјалот значително влијае врз ласерското сечење на алуминиум. Тенките лимови бараат поголема моќ поради брзо распрснување на топлината, додека кај дебелите може да се јават проблеми со плазмено екранирање, што бара повеќе енергија за да се заврши сечењето.

Кој помошен гас е претпочитан за ласерско сечење на алуминиум?

Азотот е претпочитан за ивици без оксидација кај готовите делови, додека кислородот овозможува побрзо сечење, но бара чистење по сечењето.

Дали автоматизацијата и контролата на динамички фокус се корисни при ласерско сечење на алуминиум?

Да, автоматизацијата и контролата на динамички фокус значително ја зголемуваат прецизноста и го намалуваат времето за подесување и грешките при преминувањето меѓу различни дебелини на алуминиум.