Vztah mezi laserovým řezáním a otřepy

Ohnisko při řezání laserem má přímý a deterministický vztah k tvorbě otřepů.Stručně řečeno, ohnisko přímo ovlivňuje rozložení energie paprsku v materiálu, a tím určuje kvalitu řezné spáry, účinnost vypuzování roztaveného materiálu a to, zda se nakonec vytvoří otřepy.Vztahy jsou podrobně popsány níže.

Základní princip: Jak poloha ohniska ovlivňuje proces řezání

Princip laserového řezání spočívá v ozáření obrobku laserovým paprskem s vysokou hustotou energie, což způsobí jeho rychlé roztavení nebo odpaření, zatímco...辅助Plyn (například kyslík nebo dusík) odfoukne roztavený materiál a vytvoří řez.

Ohnisko: Bod, kde je energie laserového paprsku nejvíce koncentrovaná a velikost jeho bodu je nejmenší.

Poloha ohniska: označuje umístění ohniska vzhledem k povrchu obrobku. Dělí se na tři případy:

1. Pozitivní rozostření: Ohnisko se nachází nad povrchem obrobku.

2. Negativní rozostření: Ohnisko se nachází pod povrchem obrobku.

3. Nulové rozostření: Ohnisko je přesně na povrchu obrobku.

Specifický vztah mezi polohou zaostření a otřesem

Povaha otřepu spočívá v tom, že zbytková tavenina, která nebyla zcela odfouknuta, znovu tuhne ve spodní části řezu. Poloha ohniska ovlivňuje otřep hlavně tvarem řezu a silou proudění vzduchu.

1. je rozostřený (zaostření na obrobek)

• Rozložení energie: Po vstupu paprsku do materiálu je rozbíhavý a hustota energie postupně klesá odshora dolů. Energie je nejsilnější na horním povrchu a nejslabší na spodním.
• Tvar řezu: snadno se vytváří řez ve tvaru V se širokým horním a úzkým dolním okrajem.

Vliv na otřepy:

• Kvůli nedostatečné energii ve spodní části nelze spodní část materiálu zcela roztavit ani zplynit.
• Průtok pomocného plynu se v úzkém spodku zrychluje, ale síla foukání nemusí být dostatečná k úplnému odstranění a odfouknutí viskózní taveniny.

Výsledky: Na spodním povrchu se snadno vytváří velké množství odolných otřepů. To je jedna z nejčastějších příčin jejich vzniku.

2. Negativní rozostření (ostření pod obrobkem)

• Rozložení energie; paprsek se sbíhá uvnitř materiálu a hustota energie dosahuje nejvyšší ve střední nebo spodní části materiálu.
• Tvar řezu: snadno se vytváří řez ve tvaru bubnu v pase s úzkou horní a dolní částí a širokým středem.

Vliv na otřepy:

• Výhodou je, že spodní energie je nedostatečná a materiál se dá důkladněji roztavit.
• Střed řezu je však nejširší, což může způsobit šíření proudění vzduchu a oslabení síly foukání při dosažení dna.
• Pokud nejsou parametry správně sladěny, tavenina se může v důsledku nečisté řady stále usazovat na dně.

Výsledky: Ve srovnání s pozitivním rozostřením se stav otřepů zlepší, ale stále se může vytvářet malé množství měkkých otřepů. Pro řezání silných plechů se někdy používá negativní rozostření, aby se zajistilo, že se prořízne spodní část.

3. Nulové rozostření nebo nejlepší zaostření (zaostření na povrch obrobku nebo na určitou hloubku)

• Rozložení energie: Nejkoncentrovanější oblast energie se nachází na povrchu obrobku, což je nejlepší pro řezání tenkých plechů. U tlustých plechů je obvykle vyžadována „nejlepší poloha zaostření“, tj. zaostření sahá hluboko do určité hloubky uvnitř materiálu (například 1/3 tloušťky plechu), aby se vyvážila horní a dolní energie.
• Tvar řezu: nejideálnější vertikální, rovnoběžný řez.

Vliv na otřepy:

• Rozložení energie v celé oblasti řezu je relativně rovnoměrné a materiál lze kontinuálně a stabilně tavit.
• Rovnoběžné řezy zajišťují hladký průchod pomocného plynu, který může nést dostatek kinetické energie k plynulému vypouštění taveniny ze dna.

Výsledek: Toto je nejlepší stav pro dosažení nulových nebo velmi malých vrypů otřepů. Tavenina byla odfouknuta „čistě“ beze zbytků.

Shrnutí a analogie

Můžete to pochopit takto:

• Je rozostřený: jako „tupý dláto“, nahoře je velmi tvrdý, ale dole je nudný, může pouze „otírat“ materiál a zanechávat drsný povrch.
• Negativní rozostření: Podobně jako „explozivní“ exploze uvnitř materiálu, i když může explodovat, výstup nemusí být čistý a vynese ven nějaké trosky.
• Nejlepší zaostření: Jako „ostrý skalpel“, úhledně řezaný odshora dolů, čistý a úhledný.

Praktický průvodce: Jak upravit zaostření na základě závad

Pokud se v reálném provozu objeví otřepy, je třeba provést následující kontrolu a seřízení:

1. Pozorujte tvar otřepu:

• Na spodní straně je mnoho tvrdých, zrnitých otřepů: je pravděpodobné, že spodní strana není proříznuta kvůli rozmazanému zaostření (příliš vysoké zaostření) nebo nedostatečnému výkonu/příliš vysoké rychlosti. Zaostření by mělo být upraveno směrem dolů.
• Ve spodní části je malé množství měkkého, snadno odpadávajícího vousatého otřepu: může to být negativní rozostření (zaostření je příliš nízké) nebo nedostatečný tlak plynu/nečistý plyn, který způsobuje, že tavenina není vyfouknuta. Můžete zkusit doladit zaostření směrem nahoru a zkontrolovat parametry plynu.

2. Kalibrace a testování zaostření:

• Pro přesné určení nulové polohy zaostření použijte zaostřovací přístroj.
• V softwaru pro parametry řezání se úprava hodnoty ± obvykle provádí na základě 0. bodu. Proveďte 1 sadu testů zaostření (např. od +1 do -3 v krocích po 0,5), vyřízněte stejný tvar a poté sledujte, která pozice má nejhladší řez a nejméně otřepů. Tato pozice je nejlepší pro zaostření pro aktuální materiály, tloušťky a zařízení.

Odalší klíčové faktory, které ovlivňují závady (je třeba zvážit koordinovaně)

Zaměření není jediným faktorem a musí být optimalizováno ve spojení s dalšími procesními parametry:

Pomocný plyn:

Tlak:Nedostatečný tlak nemůže účinně odfouknout strusku; příliš vysoký tlak může způsobit turbulenci, která ovlivní stabilitu.

Čistota:Zejména při řezání nerezové oceli je důležité používat vysoce čistý dusík (99,99 % nebo více). Zbytkový kyslík bude tvořit oxidovanou strusku a zhoršovat otřepy.

Rychlost řezání:Rychlost je příliš vysoká, vstupní energie je nedostatečný a materiál není zcela proříznut, což vede k tvorbě otřepů na spodní straně; rychlost je příliš pomalá, může docházet k nadměrné ablaci, hrubým řezům a otřepům.

Výkon laseru:výkon a rychlost musí odpovídat. Výkon je příliš nízký na to, aby se prořízl.

Tryska:Otvor, výška a soustřednost trysky přímo ovlivňují stav proudění vzduchu. Nesoustřednost je častou příčinou nerovnoměrné kvality řezu a otřepů.

Samotný materiál:Vliv má také složení materiálu a stav povrchu (například zda je na něm rez, olej).

Poloha zaostření je primárním parametrem nastavení pro řízení otřepů při řezání laserem.Ideální poloha ohniska vytváří vertikální, hladký řez a umožňuje pomocnému plynu efektivně odvádět taveninu. Pokud narazíte na problém s otřepy, měli byste nejprve systematicky provést test zaostření, abyste našli nejlepší zaostření, a poté koordinovat úpravu dalších parametrů, jako je plyn a rychlost, abyste dosáhli dokonalého řezného efektu bez otřepů.