Vzťah medzi zaostrením laserového rezania a otrepmi

Ohnisková poloha pri rezaní laserom má priamy a deterministický vzťah s tvorbou otrepov.Stručne povedané, ohnisková poloha priamo ovplyvňuje rozloženie energie lúča v materiáli, čím určuje kvalitu rezu, účinnosť vytlačenia roztaveného materiálu a to, či sa nakoniec vytvoria otrepy.Vzťahy sú podrobne uvedené nižšie.

Základný princíp: Ako ohnisková poloha ovplyvňuje proces rezania

Princíp laserového rezania spočíva v ožiarení obrobku laserovým lúčom s vysokou hustotou energie, čo spôsobí jeho rýchle roztavenie alebo odparenie, zatiaľ čo...辅助Plyn (ako napríklad kyslík alebo dusík) odfúkne roztavený materiál a vytvorí rez.

Zaostrenie: Bod, kde je energia laserového lúča najkoncentrovanejšia a veľkosť jeho bodu najmenšia.

Poloha ohniska: vzťahuje sa na umiestnenie ohniska vzhľadom na povrch obrobku. Delí sa na tri prípady:

1. Pozitívne rozostrenie: Ohnisko sa nachádza nad povrchom obrobku.

2. Negatívne rozostrenie: Ohnisko sa nachádza pod povrchom obrobku.

3. Nulové rozostrenie: Ohnisko je presne na povrchu obrobku.

Špecifický vzťah medzi polohou zaostrenia a otrasom

Podstata otrepu spočíva v tom, že zvyšková tavenina, ktorá nebola úplne odfúknutá, opäť stuhne na dne rezu. Poloha ohniska ovplyvňuje otrep hlavne tvarom rezu a silou prúdenia vzduchu.

1. je rozostrené (zaostrenie na obrobok)

• Rozloženie energie: Po vstupe lúča do materiálu sa rozptyľuje a hustota energie postupne klesá zhora nadol. Energia je najsilnejšia na hornom povrchu a najslabšia na spodnom povrchu.
• Tvar rezu: ľahko sa vytvára rez v tvare V so širokou hornou a úzkou dolnou časťou.

Vplyv na otrepy:

• Kvôli nedostatočnej energii na dne sa spodná časť materiálu nedá úplne roztaviť alebo splyniť.
• Prietok pomocného plynu sa v úzkom spodku zrýchľuje, ale fúkacia sila nemusí byť dostatočná na úplné odstránenie a odfúknutie viskóznej taveniny.

Výsledky: Na spodnom povrchu sa ľahko vytvára veľké množstvo odolných otrepov. Toto je jedna z najčastejších príčin otrepov.

2. Negatívne rozostrenie (zaostrenie pod obrobkom)

• Rozloženie energie; lúč sa zbieha vo vnútri materiálu a hustota energie dosahuje najvyššiu hodnotu v strednej alebo dolnej časti materiálu.
• Tvar rezu: ľahko sa vytvára bubnovitý rez v tvare pása s úzkou hornou a dolnou časťou a širokým stredom.

Vplyv na otrepy:

• Výhodou je, že spodná energia je nedostatočná a materiál sa dá dôkladnejšie roztaviť.
• Stred rezu je však najširší, čo môže spôsobiť šírenie prúdenia vzduchu a oslabenie sily fúkania pri dosiahnutí dna.
• Ak parametre nie sú správne zladené, tavenina sa môže kvôli nečistému riadku stále prilepiť na dno.

Výsledky: V porovnaní s pozitívnym rozostrením sa stav otrepov zlepší, ale stále sa môže vytvoriť malé množstvo mäkkých otrepov. Pri rezaní hrubých plechov sa niekedy používa negatívne rozostrenie, aby sa zabezpečilo, že sa prereže aj spodok.

3. Nulové rozostrenie alebo najlepšie zaostrenie (zaostrenie na povrch obrobku alebo na určitú hĺbku)

• Rozloženie energie: Najkoncentrovanejšia oblasť energie sa nachádza na povrchu obrobku, čo je najlepšie pre rezanie tenkých plechov. Pre hrubé plechy sa zvyčajne vyžaduje „najlepšia poloha zaostrenia“, to znamená, že zaostrenie siaha hlboko do určitej hĺbky vo vnútri materiálu (napríklad 1/3 hrúbky plechu), aby sa vyvážila horná a dolná energia.
• Tvar rezu: najideálnejší vertikálny, paralelný rez.

Vplyv na otrepy:

• Rozloženie energie v celej oblasti rezu je relatívne rovnomerné a materiál sa môže kontinuálne a stabilne taviť.
• Rovnobežné rezy zabezpečujú hladký priechod pre pomocný plyn, ktorý môže niesť dostatok kinetickej energie na plynulé vypustenie taveniny zo dna.

Výsledok: Toto je najlepší stav na dosiahnutie žiadneho alebo len veľmi malého množstva vrypov spôsobených otrepmi. Tavenina bola odfúknutá „čisto“ bez zvyškov.

Zhrnutie a analógia

Môžete to pochopiť takto:

• Je rozostrený: ako „tupý sekáč“, vrch je veľmi tvrdý, ale dole je nudný, môže sa len „odrhnúť“ z materiálu a zanechať drsný povrch.
• Negatívne rozostrenie: Podobne ako „výbuch“ vo vnútri materiálu, hoci môže explodovať, výstup nemusí byť čistý a vynesie von nejaké trosky.
• Najlepšie zaostrenie: Ako „ostrý skalpel“, úhľadne rezaný zhora nadol, čistý a upravený.

Praktický sprievodca: Ako upraviť zaostrenie na základe závad

Ak sa v skutočnej prevádzke zistia otrepy, mali by sa na kontrolu a nastavenie dodržiavať nasledujúce kroky:

1. Pozorujte tvar otrepu:

• Na spodnej strane je veľa tvrdých, zrnitých otrepov: je pravdepodobné, že spodok nie je prerezaný kvôli rozmazanému zaostreniu (príliš vysoké zaostrenie) alebo nedostatočnému výkonu/príliš vysokej rýchlosti. Zaostrenie by sa malo upraviť smerom nadol.
• Na spodnej strane je malé množstvo mäkkého, ľahko odpadávajúceho otrepu podobného brade: môže to byť negatívne rozostrenie (zaostrenie je príliš nízke) alebo nedostatočný tlak plynu/nečistý plyn, čo spôsobuje, že tavenina nie je vyfúknutá. Môžete skúsiť doladiť zaostrenie smerom nahor a skontrolovať parametre plynu.

2. Kalibrácia a testovanie zaostrenia:

• Na presné určenie nulovej polohy zaostrenia použite zaostrovací prístroj.
• V softvéri na parametre rezania sa nastavenie hodnoty ± zvyčajne vykonáva na základe 0. bodu. Vykonajte 1 sadu testov zaostrenia (napr. od +1 do -3 v krokoch po 0,5), vyrežte rovnaký tvar a potom pozorujte, ktorá poloha má najhladší rez a najmenej otrepov. Táto poloha je najlepším zaostrením pre aktuálne materiály, hrúbky a zariadenia.

Oďalšie kľúčové faktory, ktoré ovplyvňujú chyby (treba zvážiť koordinovane)

Zameranie nie je jediným faktorom a musí byť optimalizované v spojení s ďalšími parametrami procesu:

Pomocný plyn:

Tlak:Nedostatočný tlak nemôže účinne odfúknuť trosku; príliš vysoký tlak môže spôsobiť turbulencie, ktoré ovplyvnia stabilitu.

Čistota:Najmä pri rezaní nehrdzavejúcej ocele je dôležité používať vysoko čistý dusík (99,99 % alebo viac). Zvyškový kyslík bude tvoriť oxidovanú trosku a zhoršovať otrepy.

Rýchlosť rezania:Rýchlosť je príliš vysoká, vstupná energia je nedostatočná a materiál nie je úplne prerezaný, čo vedie k tvorbe spodných otrepov; rýchlosť je príliš nízka, môže dôjsť aj k nadmernej ablácii, hrubým rezom a otrepom.

Výkon laseru:výkon a rýchlosť musia zodpovedať. Výkon je príliš nízky na to, aby sa prerezal.

Tryska:Otvor, výška a sústrednosť trysky priamo ovplyvňujú stav prúdenia vzduchu. Nesústrednosť je častou príčinou nerovnomernej kvality rezu a otrepov.

Samotný materiál:Zloženie materiálu, stav povrchu (napríklad hrdza, olej) má tiež vplyv.

Poloha zaostrenia je primárnym parametrom nastavenia na reguláciu otrepu pri rezaní laserom.Ideálna poloha ohniska vytvára vertikálny, hladký rez a umožňuje pomocnému plynu efektívne odvádzať taveninu. Keď narazíte na problém s otrepmi, mali by ste najprv systematicky vykonať test zaostrenia, aby ste našli najlepšie zaostrenie, a potom koordinovať nastavenie ďalších parametrov, ako je plyn a rýchlosť, aby ste dosiahli dokonalý rezný efekt bez otrepov.