Взаимосвязь между фокусировкой лазерной резки и образованием заусенцев.

При лазерной резке положение фокуса напрямую и определяюще влияет на образование заусенцев.Вкратце, положение фокуса напрямую влияет на распределение энергии пучка внутри материала, определяя тем самым качество пропила, эффективность удаления расплавленного материала и образование заусенцев в конечном итоге.Взаимосвязи подробно описаны ниже.

Основной принцип: как положение фокуса влияет на процесс резки.

Принцип лазерной резки заключается в облучении заготовки лазерным лучом высокой плотности энергии, что приводит к ее быстрому плавлению или испарению, в то время как辅助Газ (например, кислород или азот) сдувает расплавленный материал, образуя разрез.

Фокус: Точка, где энергия лазерного луча наиболее сконцентрирована, а размер пятна наименьший.

Положение фокуса: обозначает местоположение фокусной точки относительно поверхности заготовки. Оно подразделяется на три случая:

1. Положительная расфокусировка: фокусная точка расположена над поверхностью заготовки.

2. Отрицательная расфокусировка: фокусная точка расположена ниже поверхности заготовки.

3. Нулевая расфокусировка: фокусная точка находится точно на поверхности заготовки.

Специфическая взаимосвязь между положением фокуса и заусенцем

Суть образования заусенцев заключается в том, что остаточный расплав, который не был полностью удален, повторно затвердевает в нижней части разреза. Положение фокуса влияет на образование заусенцев главным образом за счет воздействия на форму разреза и силу воздушного потока.

1. Расфокусирован (фокус на заготовке)

• Распределение энергии: После входа пучка в материал он расходится, и плотность энергии постепенно уменьшается сверху вниз. Наибольшая энергия сосредоточена на верхней поверхности, наименьшая — на нижней.
• Форма разреза: легко сформировать V-образный разрез с широкой верхней и узкой нижней частью.

Влияние на заусенец:

• Из-за недостатка энергии в нижней части материала, его невозможно полностью расплавить или газифицировать.
• В узком нижнем слое поток вспомогательного газа ускоряется, однако силы продувки может быть недостаточно для полного удаления и сдувания вязкого расплава.

Результаты: На нижней поверхности легко образуется большое количество стойких заусенцев. Это одна из наиболее распространенных причин образования заусенцев.

2. Отрицательная расфокусировка (фокусировка ниже обрабатываемой детали)

• Распределение энергии: пучок сходится внутри материала, и плотность энергии достигает максимума в средней или нижней части материала.
• Форма разреза: легко сформировать барабанообразный разрез в области талии с узкой верхней и нижней частью и широкой средней.

Влияние на заусенец:

• Преимущество заключается в том, что энергии нижнего слоя недостаточно, и материал может быть расплавлен более тщательно.
• Однако середина разреза является самой широкой, что может привести к распространению воздушного потока в этом месте и ослаблению силы обдува при достижении дна.
• Если параметры не будут должным образом подобраны, расплав может всё равно прилипнуть ко дну из-за загрязненного ряда.

Результаты: По сравнению с положительным расфокусированием, состояние заусенцев улучшается, но небольшое количество мягких заусенцев все еще может образовываться. При резке толстых пластин иногда используется отрицательное расфокусирование, чтобы гарантировать сквозное прорезание дна.

3. Нулевая расфокусировка или оптимальная фокусировка (фокусировка на поверхности заготовки или на определенной глубине).

• Распределение энергии: Наиболее концентрированная область энергии находится на поверхности заготовки, что оптимально для резки тонких листов. Для толстых листов обычно требуется положение «оптимальной фокусировки», то есть фокус находится на определенной глубине внутри материала (например, на 1/3 толщины листа), чтобы сбалансировать верхнюю и нижнюю составляющие энергии.
• Форма разреза: наиболее идеальный вертикальный, параллельный разрез.

Влияние на заусенец:

• Распределение энергии по всей области разреза относительно равномерное, и материал может непрерывно и стабильно плавиться.
• Параллельные разрезы обеспечивают беспрепятственный проход вспомогательного газа, который может нести достаточно кинетической энергии для плавного сброса расплава снизу.

Результат: Это наилучшее состояние для получения либо полного отсутствия заусенцев, либо минимального количества заусенцевых надрезов. Расплав был удален «чисто», без остатков.

Краткое изложение и аналогия

Это можно понять так:

• Изображение не в фокусе: как «тупое долото», верхняя часть очень твердая, а нижняя — грубая, материал можно только «стереть», оставив шероховатость.
• Отрицательная расфокусировка: подобно «взрыву» внутри материала, хотя он и может взорваться, выходное отверстие может быть неаккуратным и вынесет наружу часть обломков.
• Наилучшая фокусировка: как «острый скальпель», аккуратный срез сверху вниз, чистый и ровный.

Практическое руководство: Как корректировать фокусировку при возникновении сбоев

В процессе эксплуатации, если обнаружены заусенцы, для проверки и регулировки следует выполнить следующие действия:

1. Обратите внимание на форму заусенца:

• На дне много твердых, зернистых заусенцев: вероятно, дно не прорезается из-за нерезкости (слишком высокая фокусировка) или недостаточной мощности/слишком высокой скорости. Фокусировку следует скорректировать в сторону уменьшения.
• Внизу находится небольшое количество мягких, легко осыпающихся заусенцев, похожих на бороду: это может быть следствием отрицательной расфокусировки (слишком низкая фокусировка) или недостаточного давления газа/примесей в газе, из-за чего расплав не выдувается. Вы можете попробовать увеличить фокусировку и проверить параметры газа.

2. Калибровка и тестирование фокусировки:

• Используйте инструмент для точной фокусировки, чтобы определить нулевое положение фокусировки.
• В программном обеспечении для настройки параметров резки регулировка значения ± обычно выполняется на основе нулевой точки. Проведите 1 серию тестов фокусировки (например, от +1 до -3 с шагом 0,5), вырежьте один и тот же фрагмент, а затем определите, в каком положении получается наиболее гладкий срез и наименьшее количество заусенцев. Это положение является оптимальной фокусировкой для используемых материалов, толщин и оборудования.

OКлючевые факторы, влияющие на возникновение сбоев (которые следует учитывать при координации).

Фокусировка — не единственный фактор, и ее необходимо оптимизировать в сочетании с другими параметрами процесса:

Вспомогательный газ:

Давление:Недостаточное давление не позволит эффективно сдуть шлак; слишком высокое давление может вызвать турбулентность, которая повлияет на стабильность.

Чистота:Особенно при резке нержавеющей стали важно использовать азот высокой чистоты (99,99% и более). Остаточный кислород образует окисленный шлак и усугубляет образование заусенцев.

Скорость резки:Слишком высокая скорость, недостаточный приток энергии приводит к неполному резанию материала и образованию заусенцев; слишком низкая скорость также может привести к чрезмерному истиранию, шероховатости и образованию заусенцев.

Мощность лазера:Мощность и скорость соответствуют заявленным. Мощности недостаточно, чтобы пробиться сквозь препятствия.

Сопло:Размер отверстия, высота и соосность сопла напрямую влияют на состояние воздушного потока. Несоосность является распространенной причиной неравномерного качества резки и образования заусенцев.

Сам материал:Состав материала, а также состояние поверхности (например, наличие ржавчины, масла) также оказывают влияние.

Положение фокуса является основным параметром регулировки для контроля образования заусенцев при лазерной резке.Идеальное положение фокуса обеспечивает вертикальный, плавный срез и позволяет вспомогательному газу эффективно удалять расплав. При возникновении проблемы с заусенцами следует сначала систематически провести тест на фокусировку, чтобы найти оптимальное положение, а затем скоординировать настройку других параметров, таких как газ и скорость, для достижения идеального результата резки без заусенцев.