Мощность лазерной резки в зависимости от материала и толщины
Выбор мощности лазера на основе таблицы максимальной толщины — один из самых быстрых способов приобрести неподходящий станок. Максимальная толщина, как правило, является предельным показателем. Производственная мощность — это то, что станок способен резать повторно при обработке реального набора деталей, сохраняя качество кромок и допуски, приемлемые для вашего заказчика.
Оптимальная мощность лазерной резки зависит от четырёх факторов: материала, на обработку которого уходит большая часть вашего рабочего времени; его типичной (а не редкой) толщины; требуемого качества кромок; а также запланированной производительности в часе. Начните с этого. Затем проверьте, достаточно ли у станка резервной мощности для редких заказов с более толстыми заготовками, чтобы предприятию не приходилось ежедневно платить за мощности, которые используются крайне редко.
Как подобрать мощность лазерной резки в зависимости от материала
Мощность лазера — это энергетический бюджет, доступный для формирования и поддержания реза. Она сама по себе не гарантирует скорость. На то, какая часть этой мощности превращается в полезную работу по резке, влияют такие факторы, как подача луча, положение фокуса, состояние сопла, давление газа, химический состав материала, поверхностная пленка, длина контура и ускорение. В обзоре IPG, посвящённом основам работы волоконных лазеров, также отмечается, что волоконные лазеры ближнего инфракрасного диапазона широко используются для резки отражающих металлов, таких как алюминий; практическая проблема заключается не в простом правиле “можно или нельзя резать”, а в том, обеспечивает ли система в целом стабильное технологическое окно.
Ориентируйтесь при выборе оборудования на ассортимент продукции. Если 70 % объема работ (70%) приходится на нержавеющую сталь толщиной 1–4 мм, а 30 % (30%) — на редкие заказы на листы толщиной 8 мм, то рентабельность проекта часто определяется циклом обработки тонколистов. Более мощный источник может повысить линейную скорость, однако выигрыш сокращается при обработке мелких деталей, где доминируют пробивка, контроль углов, разгрузка и сортировка. Мы регулярно наблюдаем, как заводы сначала покупают киловатты, а потом обнаруживают, что настоящим узким местом является замена стола или бригада сортировщиков. Лазер стоит без дела, но финансовый отдел по-прежнему за него платит.
Углеродистая сталь, нержавеющая сталь и алюминий
Мощность лазера на основе углеродистой стали и газ-подсиливатель
При использовании углеродистой стали возможны два различных технологических процесса. Кислород выделяет тепло в результате экзотермической реакции и позволяет выполнять резку более толстых материалов при умеренной мощности лазера, однако при этом образуется окисленный край, который, возможно, потребует удаления перед сваркой, нанесением покрытия или порошковой обработкой. Азот или надлежащим образом подготовленный сжатый воздух позволяют получить неокисленную кромку и значительно более высокую скорость резки при подходящих толщинах, однако этот процесс требует большей подаваемой энергии лазера и гораздо большего расхода газа.
Это означает, что сравнение мощности не имеет смысла, если рядом не указано, какой газ используется. Данные о скорости резания углеродистой стали толщиной 10 мм в среде кислорода не следует сопоставлять с данными о скорости резания в среде азота и представлять как чистое сравнение 3 кВт против 12 кВт. Выбор газа влияет как на механизм резания, так и на последующие затраты.
Мощность лазера при обработке нержавеющей стали и качество кромок
Нержавеющую сталь обычно режут в атмосфере азота, когда требуется получить блестящую кромку без оксидных наслоений. Повышение мощности, как правило, расширяет диапазон стабильных скоростей по мере увеличения толщины, однако подача газа становится важной составляющей системы. Модернизация источника без обеспечения необходимого давления, диаметра трубопроводов, емкости резервуаров или мощности испарителя может привести к недостатку газа на сопле. Более подробное сравнение технологических процессов см. в руководстве по азот, кислород и сжатый воздух для лазерной резки.
Мощность лазера на алюминиевой основе и коэффициент отражения
Алюминий быстро проводит тепло и сильно отражает энергию ближнего инфракрасного диапазона, особенно до того, как образуется пропил. Современные волоконные системы рассчитаны на работу с этим материалом, но марка, состояние поверхности и толщина всё же влияют на диапазон допустимых параметров. Азот — стандартный выбор, когда требуется чистая, неокисленная кромка. Резка тонкого листа может проходить чрезвычайно быстро; при работе с более толстым алюминием быстро выявляются слабый контроль фокусировки, загрязнённая оптика и нестабильная подача газа. См. отдельный Руководство по лазерной резке алюминия для получения подробной информации о дефектах и выборе газа.
Таблица мощности, толщины и скорости лазерной резки
“Относительная скорость” характеризует, как обычно изменяется время цикла в рамках одного семейства станков и технологической линии. Окончательные показатели в метрах в минуту должны быть получены на основе пробной резки с использованием предлагаемого источника, головки, сопла и газовой системы.
| Материал / диапазон толщины | Типичный маршрут транспортировки газа | Реакция на изменение скорости | Основная проверка по покупкам |
| Углеродистая сталь, тонкая | N₂ / воздух или O₂ | Увеличение мощности может привести к резкому повышению скорости; движение мелких деталей может ограничить прирост скорости | Количество деталей в час, время пробивки, окисление кромок |
| Углеродистая сталь, средней твёрдости | O₂ или N₂ / воздух высокой мощности | Траектория прохождения газа может иметь такое же значение, как и номинальная мощность | Расходы на последующее нанесение покрытий/сварку и газ |
| Углеродистая сталь, толстая | Обычно O₂; высокомощные инертные технологии зависят от конкретного применения | Скорость снижается по мере увеличения толщины | Устойчивость пробива, шлак, тепловая нагрузка, плоскостность листа |
| Нержавеющая сталь, тонкая | N₂ / сухой воздух | Высокая скорость; ускорение и управляемость часто играют главную роль | Яркий край, заусенцы, потребность в азоте |
| Нержавеющая сталь, средней/большой толщины | N₂ / воздух | Дополнительная мощность повышает скорость обработки | Давление в сопле, окно фокусировки, равномерность краев |
| Алюминий, тонкий | N₂ / сухой воздух | Очень быстро после стабильного проникновения | Защита от отражений, пленка, обработка деталей |
| Алюминий, средней толщины/толстый | N₂ / воздух | Мощность помогает, но технологическое окно сужается | Марка сплава, шлак, зона плавки и расход газа |
В руководстве компании TRUMPF по лазерной резке отмечается тот же практический момент: скорость резки снижается с увеличением толщины материала, при этом слишком высокая или слишком низкая скорость может привести к увеличению шероховатости поверхности или образованию заусенцев. Поэтому в полезных рекомендациях указываются марка материала, толщина, газ, сопло, фокус и требуемое качество реза — а не просто номинальная скорость.
Как газ, качество углей и объем добычи влияют на мощность
Газ-ассистент определяет химические и механические условия внутри пропила. Кислород может снизить оптическую мощность, необходимую для обработки углеродистой стали, однако слой оксида может впоследствии привести к дополнительным трудозатратам. Азот защищает кромку от окисления, однако требуемый расход может сделать подачу газа одной из самых значительных статей эксплуатационных расходов. Сжатый воздух может снизить расходы на газ при условии контроля его чистоты, давления и точки росы, но он не всегда подходит для всех требований к качеству обработки.
Требования к качеству кромок должны быть прописаны в техническом задании на закупку. Необходимо определить допустимую высоту заусенцев, наличие полос, конусность, термическую окраску, состояние углов, а также указать, будет ли кромка сразу направляться на сварку или нанесение покрытия. Фраза “размер реза — 20 мм” практически ничего не говорит о том, пригодна ли деталь к продаже. Медленно изготовленный образец с большим количеством шлака может свидетельствовать о проварке, но не о готовности к серийному производству.
Объем производства вновь влияет на выбор метода расчета производительности. При изготовлении длинных контуров и повторяющихся серий более быстрый процесс может принести ощутимую выгоду. При коротких сериях с частыми переналадками на программирование, загрузку и контроль первой детали уходит большая часть рабочей смены. Рассчитайте количество бракованных деталей в час работы персонала с учетом погрузочно-разгрузочных операций и доработки. Не рассчитывайте рентабельность исходя из максимальной скорости линейного перемещения.
Волоконные лазеры мощностью 3 кВт, 6 кВт, 12 кВт и 20 кВт
3 кВт для тонколистового проката и смешанных мелких партий
Система мощностью 3 кВт — разумный вариант для начала работы, если в основном обрабатываются тонкие листы из углеродистой стали, нержавеющей стали или алюминия, а производство носит скорее разноплановый, чем непрерывный характер. Она способна охватить достаточный диапазон толщин, однако при обработке более толстых листов из нержавеющей стали и алюминия скорость обработки снижается настолько, что потребление газа и загрузка станка требуют пристального внимания.
6 кВт для общего металлообработки
Станок мощностью 6 кВт расширяет диапазон возможностей при общем металлообработке. Зачастую он обеспечивает значительное улучшение качества обработки средне- и тонколистовой нержавеющей стали и алюминия, сохраняя при этом хорошие рабочие характеристики при обработке тонколистового проката. Правильно подобранный Лазерный резак для листового металла мощностью 1,5–6 кВт следует оценивать по реальному гнезду, а не по отдельному прямоугольнику.
12 кВт для повышения производительности и средних пластин
Источник мощностью 12 кВт становится привлекательным вариантом, когда объем повторяющихся заказов в цехе достаточно велик, чтобы использовать более высокую скорость, особенно при обработке листов средней толщины или углеродистой стали в среде инертного газа. Конструкция станка, система удаления дыма, цикл обмена и газовая система должны соответствовать этим требованиям. Серия H в закрытом корпусе мощностью 1,5–12 кВт показывает, почему покупателям следует анализировать не только источник энергии, но и платформу в целом.
20 кВт и выше — для обработки толстых листов и обеспечения высокой производительности
При мощности 20 кВт и выше проект должен рассчитываться с учётом способности обрабатывать толстолистовой металл, длительного времени резки или явных ограничений по производительности. Повышение мощности приводит к увеличению потребления электроэнергии, нагрузки на холодильную установку, объёма выделяемых дымовых газов и затрат на простаивающие мощности. А Мощный пластинчатый лазерный резак мощностью 6–30 кВт является производственным активом только в том случае, если его непрерывная работа обеспечивается поставками материалов, планированием и разгрузкой.
При мощности свыше 30 кВт прирост производительности в значительной степени зависит от толщины материала. Данные по платформе в диапазоне 30–80 кВт показывают, что скорости обработки тонколистового материала могут сближаться, тогда как при обработке более толстого материала разница в скоростях увеличивается. Именно поэтому утверждение “большая мощность всегда означает более высокую скорость” является неверным советом при закупке оборудования. Сверхвысокая мощность оправдана там, где это подтверждается повторяющимся ассортиментом листов и экономической эффективностью производства детали, соответствующей требованиям.
Как провести приемочное испытание образцов с вырезами
Прежде чем утвердить коммерческое предложение, отправьте представителю поставщика файлы в формате DXF и чертежи деталей. Укажите сложные отверстия, короткие контуры, общие грани, а также любой материал с пленочным покрытием или имеющий дефекты. Партия для приемки должна соответствовать обычным производственным условиям, а не представлять собой специально отобранный лист с простыми характеристиками.
- Марка материала и доля каждого материала в общей нагрузке
- Минимальная, средняя и максимальная толщина — а не только максимальная толщина
- Размер листа, типовые файлы DXF и годовой объем
- Диаметр отверстия, допуск, качество обработки краев и требования к последующим технологическим операциям
- Газ-носитель, доступное давление, степень чистоты или точка росы, а также местная цена на газ
- Предположения относительно погрузки, разгрузки, извлечения и сортировки
- Время пробивки, время цикла гнездования, количество отбракованных деталей в час и состояние расходных материалов
Проверьте детали, взятые в начале, середине и конце серии. Зафиксируйте наличие окалины, конусности, термического окрашивания, результаты измерения размеров и любые корректировки параметров. Затем повторите расчет затрат с использованием бракованных деталей, а не теоретических показателей в метрах в минуту. Если станок проходит проверку только после того, как специалист постоянно изменяет фокус или давление, это еще не является надежным производственным процессом.
Заключение
Выберите минимальную мощность лазера, которая обеспечивает обработку стандартного набора материалов, соответствует требованиям к кромкам и позволяет достичь целевой производительности с разумным запасом мощности. Не следует проектировать производство с расчётом на самую толстую пластину, которая появляется два раза в год. Если основной объём работ составляет обработка нержавеющей стали средней толщины, алюминия или быстрорежущей углеродистой стали в среде инертного газа, мощность 6–12 кВт может оправдать себя. Если преобладают толстые листы и длительные производственные серии, можно обосновать выбор мощности 20 кВт или более — но только после проверки всей производственной линии.
Данные по настройкам SENFENG показывают, насколько большим может стать зазор при определённых условиях. При резке нержавеющей стали толщиной 6 мм с использованием азота или воздуха эталонный диапазон для модели SF3015N составляет 2,0–3,0 м/мин при мощности 3 кВт и 4,3–5,0 м/мин при мощности 6 кВт; для модели SF3015H — 13–15 м/мин при мощности 12 кВт и 18–22 м/мин при мощности 20 кВт. Эти цифры зависят от конкретной модели и технологического процесса. Сплав, поверхность, оптика, сопло, фокус, газ и геометрия могут повлиять на результат, поэтому указанные данные не являются абсолютной гарантией.
Если у вас есть реальный комплект чертежей и вы не уверены, какой вариант — 6 кВт, 12 кВт или 20 кВт — будет наиболее целесообразным, пришлите файлы, марки материалов и требуемую производительность технической службе SENFENG. Мы сможем организовать сравнительную пробную резку и составить акт приемки с учетом ваших деталей, а не просто предложить решение на основе таблицы максимальной толщины.
Часто задаваемые вопросы
Какая мощность лазера необходима для резки металла?
Ориентируйтесь на стандартные значения материала, толщины, стандарты обработки кромок и норму производительности. Максимальную толщину используйте только для проверки предельных значений.
12 кВт всегда быстрее, чем 6 кВт?
Не во всех деталях. На толстых или длинных контурах наблюдается более значительный прирост; для тонких и мелких деталей прирост может быть ограничен из-за ограничений, связанных с движением, проколом и манипуляциями.
Какой газ лучше всего подходит для углеродистой стали?
Кислород позволяет выполнять резку более толстых материалов, но оставляет оксидный налет. Азот или сухой воздух позволяют получить более чистую кромку при достаточной мощности и подаче газа.
Требуется ли для обработки алюминия большая мощность лазера, чем для обработки стали?
Это не является универсальным правилом. Марка алюминия, коэффициент отражения, теплопроводность, толщина, фокусировка и расход азота — все эти факторы влияют на требуемое технологическое окно.
Что должно измеряться при испытании методом лазерной резки образца?
Измеряйте цикл обработки гнезда, количество бракованных деталей в час, размеры, заусенцы, конусность, цвет кромок, расход газа и стабильность параметров на реальных чертежах.
