Резка мягкой стали с помощью волоконного лазера

Резка волоконным лазером — это один из самых быстрых способов превратить лист из мягкой стали в серийные детали, однако сама по себе мощность лазера не определяет конечный результат. Качественные детали получаются благодаря правильному подбору марки стали, толщины, защитного газа, сопла, точки фокусировки, метода пробивания и последующей обработки.

Для большинства заводов кислород является наиболее подходящим исходным газом для резки средне- и толстолистовой мягкой стали, поскольку реакция окисления приводит к выделению тепла в процессе резки. Азот или чистый сжатый воздух могут быть предпочтительны при резке более тонкого листа, когда важна скорость или необходимость получения кромки с минимальным содержанием оксидов. Окончательный выбор следует основывать на фактическом количестве деталей, изготовленных за смену, а не на самом «идеальном» образце, сфотографированном для брошюры.

Как работает волоконно-лазерная резка мягкой стали

Волоконный лазер концентрирует энергию в небольшом пятне, нагревая сталь до состояния плавления. Газ-ассистент поступает через сопло, расположенное вокруг луча, и выталкивает расплавленный металл из прорези. Система ЧПУ координирует мощность, скорость, положение фокуса, давление газа и движение, обеспечивая стабильность реза при выполнении прямых линий, углов, отверстий и пробивок.

В таблицах настроек для механической резки мягкая сталь часто объединяется с углеродистой сталью. Это удобно для начальной настройки, однако различные марки и партии материала ведут себя по-разному. Содержание углерода, поверхностная окалина, ржавчина, масляные загрязнения, плоскостность и наличие покрытия — все эти факторы влияют на то, как луч взаимодействует с материалом и как расплавленный металл выходит из пропила.

Кислород, азот и сжатый воздух для обработки мягкой стали

Лучшим вспомогательным газом является тот, который обеспечивает требуемую кромку при минимальной совокупной стоимости расходных материалов. Кислород, азот и сжатый воздух вызывают разные реакции в прорези, поэтому сравнение только стоимости баллонов или компрессоров не учитывает всех факторов.

Вспомогательный газ	Наилучшие исходные условия	Основное преимущество	Основной компромисс
Кислород	Мягкая сталь средней и большой толщины или детали, для которых допустимо наличие окисленной кромки	Экзотермическая реакция добавляет энергию резания	Перед нанесением покрытия или выполнением некоторых видов сварки может потребоваться удаление оксидного слоя
Азот	Тонкий лист или детали, для которых требуется кромка с низким содержанием оксидов	Более чистая химия краевых зон при стабильном протекании процесса	Более высокие расходы на транспортировку и поставку могут перевесить экономию на отделочных работах
Сжатый воздух	Тонкий лист, экономичный по стоимости и допускающий некоторое окисление	Может снизить зависимость от закупаемого газа	Требуется чистый, сухой и стабильный сжатый воздух, а также надлежащая фильтрация

Когда следует применять кислород при обработке мягкой стали

Кислород способствует резке, вступая в реакцию с раскалённым металлом. Это дополнительное тепло полезно при увеличении толщины листа, но реакцию необходимо контролировать. Избыточное тепло может привести к скруглению углов, увеличению ширины пропила или образованию трудноудаляемой окалины. На стабильность процесса влияют чистота кислорода, давление, центрирование сопла и фокусировка.

Оксидный слой — вот в чём заключается коммерческая сложность. На кронштейне, который пойдёт сразу на сварку, это ещё можно принять, но перед нанесением порошкового покрытия потребуется дополнительная шлифовка. Учтите эту дополнительную операцию в коммерческом предложении. Дешёвый газ не делает деталь дешёвой, если двум людям придётся потратить целый день на зачистку кромок.

Когда следует использовать азот при обработке мягкой стали

Азот обеспечивает резку за счет плавления и выталкивания стали без использования тепла, образующегося в результате окисления. Это позволяет получить кромку с меньшим содержанием оксидов, особенно на тонкостенных материалах, однако данный процесс требует достаточной мощности лазера и импульса газа для очистки прореза.

Используйте азот, если кромка, обработанная с помощью очистителя, устраняет реальную ступеньку вниз по потоку или соответствует заданным требованиям к качеству поверхности. Не выбирайте этот вариант только потому, что кромка выглядит более блестящей. Убедитесь в правильном расходе газа, давлении на режущей головке, пропускной способности системы подачи азота и стоимости на один лист в раскрое.

Когда следует использовать сжатый воздух для обработки мягкой стали

Сжатый воздух содержит кислород, поэтому качество среза не будет соответствовать результату, полученному при использовании инертного газа. Тем не менее, этот метод может оставаться рациональным производственным решением при обработке тонкой мягкой стали, если качество среза является приемлемым, а система подачи воздуха поддерживает необходимое давление и качество на протяжении всей смены.

Компрессор — это лишь часть системы. Сушилки, фильтры, накопители, трубопроводы, потери давления и контроль конденсата определяют, что именно поступает к режущей головке. Масло, вода или твердые частицы могут загрязнять защитную оптику и сокращать срок службы расходных материалов. газ, используемый при лазерной резке с волоконным лазером Поэтому решение должны принимать как производственная, так и техническая службы.

Толщина мягкой стали и выбор вспомогательного газа

Пределы и скорости резки зависят от конкретного лазерного источника, режущей головки, режима луча, динамических характеристик станка, марки стали и требуемого качества кромки.

Вместо этого используйте следующую последовательность решений:

• В случае тонколистового проката сравните показатели по кислороду, азоту и чистому воздуху с учетом времени цикла, степени окисления краев и затрат на газ.
• По мере увеличения толщины сначала следует провести испытание на содержание кислорода, за исключением случаев, когда в чертеже указано требование о низком содержании оксидов на кромке.
• При обработке мелких отверстий и сложных контуров следует обращать внимание на накопление тепла и качество обработки, а не на скорость прямолинейного перемещения.
• Вблизи верхнего предела рабочего диапазона станка следует включить в приемочные испытания время пробивки, количество шлака, конусность и расход расходных материалов.

В таблицах резки для конкретных моделей обычно указывается, что с увеличением толщины углеродистой стали следует менять рекомендуемый газ. Эта схема полезна при планировании, однако указанные скорости и выбор газа зависят от конкретного станка, источника лазерного излучения и материала. Используйте базу данных по резке, поставляемую в комплекте с предлагаемой конфигурацией, и сверьте её с вашими запасами материала.

Как выбрать мощность волоконного лазера для резки мягкой стали

Выбирайте мощность лазера исходя из распределения толщины и требуемой производительности, а не исходя из самого толстого заказа в истории предложений. Начните с данных о производстве за один год и сгруппируйте заказы по материалу, толщине, размеру листа и годовому объему.

Предоставьте поставщикам сводку по объему работ, которая должна включать:

• Минимальная, средняя и максимальная толщина
• Доля времени резки в каждом диапазоне толщин
• Размеры листа и максимальный вес пачки
• Самые мелкие отверстия и самые жесткие допуски
• Необходимые граничные условия и последующие операции
• Размер партии, смены и плановый годовой объем производства
• Доступные объёмы кислорода, азота и сжатого воздуха
• Требования к погрузке, разгрузке, извлечению и сортировке

Увеличение мощности может повысить производительность в соответствующем технологическом диапазоне, но при этом изменяются нагрузка на охладительную установку, потребление электроэнергии, объем отсасывания, подача газа и капитальные затраты. Если большая часть работ выполняется с использованием тонкого проката, то узким местом могут стать не столько мощность пучка, сколько транспортировка материала и сортировка деталей. А мощный волоконный лазер Руководство может показать, какие изменения происходят на верхнем конце, но оно не может заменить выбор, основанный на рабочей нагрузке.

Важные параметры лазерной резки мягкой стали

Мощность и скорость определяют широкие параметры технологического процесса. Положение фокуса влияет на распределение энергии по пластине. Диаметр сопла, расстояние до заготовки и форма центрирования определяют форму газовой струи. Давление газа на головке определяет, удается ли расплавленной стали вытесниться из прорези; показаний регулятора в режиме холостого хода недостаточно.

Пробивке следует уделить особое внимание. Некачественная пробивка приводит к выбросу раскаленного материала в сторону сопла и защитного стекла, а также оставляет поврежденную начальную точку на контуре, который в остальном является приемлемым. По возможности размещайте пробивки на отходах, используйте правильный метод поэтапной пробивки и проверяйте начальную точку во время пробной резки.

Контроль за прохождением поворотов имеет большое значение, поскольку режущая головка замедляется, в то время как лазер продолжает нагревать материал. Современные системы управления позволяют регулировать мощность и скорость при прохождении поворотов, но настройки всё равно необходимо проверять на реальной геометрии. Длинная прямая тестовая полоса мало что говорит о раскрое, наполненном пазами и мелкими отверстиями.

Распространенные дефекты при лазерной резке мягкой стали

Сильные заусенцы по нижнему краю

Обильное образование шлака обычно означает, что расплав не выходит из прореза ровно. Проверьте скорость резки, фокусировку, центрирование сопла, зазор, давление газа в режиме потока, состояние линзы и толщину материала. Увеличение мощности без выяснения причины может привести к дополнительному нагреву, не устранив при этом проблему с газом.

Обгоревшие углы и широкие пропилы

Потемневшие углы часто указывают на избыточное локальное нагревание, медленное перемещение углов или нестабильную реакцию с участием кислорода. Проверьте настройки мощности в углах, порядок контуров и накопление тепла между соседними элементами.

Неполные или прерывистые разрезы

Если станок режет одну область, но пропускает другую, проверьте плоскостность листа, состояние сопла, защитную оптику, калибровку фокуса и подаваемый газ. Также убедитесь, что на листе нет ржавчины, окалины или изменений в покрытии.

Конические отверстия и некачественные мелкие детали

Небольшие отверстия являются более подходящим критерием проверки технологического процесса, чем длинные наружные контуры. Сравните диаметр отверстия с толщиной пластины, проверьте округлость на обеих поверхностях и измерьте положение. Если чертеж предусматривает элемент, выходящий за пределы стабильной зоны лазерной обработки, более экономичным вариантом может оказаться сверление или механическая обработка.

Стоимость резки мягкой стали волоконным лазером за одну деталь

Рассчитайте себестоимость на этапе готовой детали. Учтите расходы на электроэнергию для лазера, охладителя, станка, вытяжной системы и компрессора; затем добавьте расходы на вспомогательный газ, сопла, защитные стекла, плановое техническое обслуживание, погрузочно-разгрузочные работы, удаление заусенцев, удаление оксида и брак.

При сравнении газов необходимо использовать один и тот же чертеж, партию листов, схему раскладки и стандарт контроля качества. Кислород может иметь более низкую стоимость, но требует дополнительных трудозатрат на очистку кромок. Азот может стоить дороже при работе станка, но при этом позволяет исключить этап подготовки поверхности к нанесению покрытия. Сжатый воздух может казаться недорогим, пока не будут учтены затраты на электроэнергию компрессора, техническое обслуживание осушителя и замену фильтров.

Используйте местные тарифы и реалистичные показатели загрузки. Модель расчета затрат, скопированная из другой страны или с другой конфигурацией энергосистемы, — это лишь украшение, а не аргумент в пользу закупки. Более широкий Стоимость станка для лазерной резки на волоконном лазере Кроме того, требуется установка, подключение к инженерным сетям, автоматизация, обучение персонала и доступ к сервисному обслуживанию.

Автоматизация лазерной резки мягкой стали

Автоматизация должна устранять непосредственные ограничивающие факторы. Таблица обмена сокращает время ожидания между листами. Автоматическая загрузка помогает в тех случаях, когда перемещение листов заготовки отнимает время у оператора. Складская башня повышает доступность материала. Разгрузка и сортировка имеют важное значение, когда лазер заканчивает раскрой быстрее, чем команда успевает убирать готовые заготовки.

Перед указанием автоматизация погрузки и разгрузки листов, определите размеры листов, вес пачек, состав материалов, график смен, маркировку деталей и доступ к производственному цеху. Включите в схему системы удаления дыма. Лазерная резка является бесконтактной, но при этом все равно сопровождается образованием дыма, пыли и раскаленных обрезков.

Во многих цехах дорогостоящей ошибкой является стремление увеличить скорость резки, не уделяя при этом внимания последующему этапу производственного процесса. Прежде чем принимать решение о том, где следует внедрить автоматизацию, измерьте время цикла между загрузками и количество готовых деталей за смену.

Приемочное испытание образцов резки из мягкой стали

Тестирование поставщика должно воспроизводить условия серийного производства, а не ограничиваться изготовлением одного демонстрационного образца. Присылайте обычные серийные заготовки и типичные файлы DXF, включая детали с мелкими отверстиями, сложные углы, длинные контуры и деталь, толщина которой близка к максимальной для данной серии.

Сформулируйте критерии приемки до начала тестирования:

• Марка стали, состояние поверхности и измеренная толщина
• Метод проверки и контроля чертежей
• Размер отверстия, допуск, конусность и перпендикулярность
• Допустимые количество шлака, оксидов, следов нагрева и брызг при пробивке
• Тип газа, давление, степень чистоты, настройка сопла и фокуса
• Общая продолжительность цикла, включая пробивку и смену листа
• Количество повторных проб, необходимое для подтверждения стабильности
• Требования к последующим операциям: сварке, гибке, нанесению покрытий или механической обработке

Сохраните детали и итоговую запись параметров. Если в ходе проб поставщик изменит газ, сопло, фокусировку или скорость, зафиксируйте утвержденную рецептуру. Один тщательно настроенный образец не гарантирует, что вся раскладка будет обрабатываться в течение всей смены.

Заключение

Лазерная резка мягкой стали с использованием волоконного лазера является экономически выгодной, когда требования к газу, мощности и качеству кромок учитываются в рамках единого технологического процесса. Начните с кислорода для деталей средней и большой толщины, где допустима окисленная кромка. Рассмотрите возможность использования азота или чистого сжатого воздуха для резки более тонких заготовок, если это позволяет сократить общую продолжительность цикла или затраты на последующую обработку. Затем подтвердите правильность выбора путем изготовления нескольких контрольных деталей.

Если вы сравниваете станки для резки волоконным лазером, пришлите компании SENFENG данные о марках материалов, процентных долях толщины, размерах листов, файлы в формате DXF, допуски, параметры подачи газа и желаемую производительность. Техническая команда сможет оценить конкретную предлагаемую конфигурацию, а не просто предоставить вам типовую таблицу максимальных размеров реза.

Часто задаваемые вопросы

Подходит ли волоконный лазер для обработки мягкой стали?

Да. Он эффективно режет мягкую сталь, если мощность лазера, газ, фокус, скорость, сопло и состояние материала подобраны с учётом особенностей детали.

Какой вспомогательный газ лучше всего подходит для лазерной резки мягкой стали?

При изготовлении большинства средних и толстых заготовок используйте кислород. При резании более тонких листов пробуйте использовать азот или чистый сжатый воздух, если это оправдано с точки зрения химического состава кромок или общей стоимости детали.

Почему на мягкой стали, вырезанной лазером, остаются окалины?

Осадок обычно возникает из-за несоответствия скорости, фокусировки, подачи газа, состояния сопла, расстояния от сопла до материала или толщины материала. Перед увеличением мощности проверьте все настройки.

Требуется ли очистка кромок у мягкой стали, разрезанной кислородом?

Иногда. Слой оксида может препятствовать выполнению определённых требований к нанесению покрытий или сварке, поэтому необходимо уточнить требования к последующим этапам обработки и учесть затраты на очистку в смете.

Как следует выбирать мощность волоконного лазера для обработки мягкой стали?

Определите мощность, исходя из стандартной толщины, геометрии детали и требуемой производительности. Проверьте окончательный выбор, проведя испытания на типовом материале и повторив резку образцов.