Das Laserschneiden wurde vor zwei Jahrzehnten auf den Markt gebracht und gilt bereits als hochmoderne Technologie, die das Materialschneiden in zahlreichen Branchen verändert hat. Es ist eine faszinierende Technologie, die sich jeden Tag weiterentwickelt. Das Erlernen der Parameter, die für eine optimale Arbeitsweise eine Rolle spielen, ist wichtig, um die Anwendungen und Verwendungszwecke besser zu verstehen.
Dieser ausführliche Leitfaden führt Sie durch alle entscheidenden Parameter des Lasersystems und deren Bedeutung für die maschinelle Bearbeitung. Wir werden auch erläutern, wie Sie jeden Parameter zu Ihrem Vorteil optimieren und Ihr Geschäft ausbauen können.
Was ist Laserschneiden?
Laserschneiden ist die neueste und am weitesten verbreitete Schneidetechnologie. Sie verwendet eine hohe Energie, fokussierter Laserstrahl Das Material wird durch Schmelzen und Verdampfen an der Schnittkante geschnitten. Die entstehenden Rückstände werden entweder mit einem Luftreiniger weggeblasen. Kerosin während des Prozesses oder nach der Bearbeitung und Reinigung.
Das Laserschneiden übernimmt aufgrund seiner überragende Effizienz, Kosteneffektivität, präzise Ergebnisseund die Fähigkeit, verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Dicken.
Es gibt drei Hauptarten des Laserschneidens: CO2-LaserNeodym- (Nd) und Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd:YAG-Laser) und Faserlaserschneiden. Mit fortschreitender Technologie ist das Laserschneiden in vielerlei Hinsicht dem Plasmaschneiden ebenbürtig.
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Was sind die Parameter des Laserschneidens?
Wie bei jeder Technologie ist das Verständnis und die Einstellung von Parametern entscheidend für die Produktqualität. Damit Laserschneidtechnologie Designs mit unterschiedlicher Komplexität bearbeiten kann, muss ihre Schneidleistung flexibel genug sein. Hier kommen die Parameter ins Spiel. Durch die Anpassung und Optimierung der Parameter eröffnen sich tausende Anwendungsmöglichkeiten. Militär, Medizin und andere Branchen.
Die Laserparameter umfassen Qualität des Laserschneidens, Strahlpolarisation, Wellenlänge, Leistung und Intensität, Schnittgeschwindigkeit, Verarbeitungsgas, Schwerpunkt und Materialspezifikationen.
Bedeutung der Laserschneidparameter
Beim Laserschneiden kommt es auf die Optimierung mehrerer Aspekte an Parameter, die direkt oder indirekt die Produktqualität beeinflussen, was letztendlich zum Gewinn eines Unternehmens beiträgt.
In einer Fabrik kam es an zwei aufeinanderfolgenden Tagen zu einer Ausschussquote von 22 % und einem Effizienzrückgang von 35 % beim Schneiden von 6 mm dickem Edelstahl mit einem 3-kW-Laser. Die Hauptursache war ein zu niedriger Hilfsgasdruck.Stickstoff 1.6 MPa), übermäßiger negativer Fokus (-0.5mm), und eine ungeeignete Düsengröße (φ2.0Nach der Optimierung beträgt die Ausschussrate auf 1.8 % gesunken, die Schnittgeschwindigkeit um 55% erhöht zu 1.7 m / minDer Stickstoffverbrauch sank um 18 %. Die endgültige Schnittflächenqualität wurde wiederhergestellt und wies eine glatte, silberweiße Oberfläche auf. Die Produktion wurde planmäßig abgeschlossen.
Vereinfacht gesagt, sind die Parameter des Laserschneidens entscheidend für die Qualität des Schnitts. Sie definieren die bearbeitete Oberfläche. Lebensdauer des Materials und Schneidleistung in der jeweiligen Anwendung. Die Parameter können bei der Bearbeitung verschiedener Materialien und unterschiedlicher Designs angepasst werden. Somit bestimmen die Maschinenparameter letztendlich, welche Materialien sie bearbeiten kann und in welchem Qualitätsniveau. Präzision und Genauigkeit.
Kommen wir zu den wichtigsten Parametern, die die Schnittkantenqualität bestimmen und die Schnittfugengröße (die Breite der beim Schneiden entstehenden Nut oder des Schlitzes) des verarbeiteten Materials.
7 Entscheidende Parameter des Laserschneidens
Zuerst besprechen wir Strahlparameter die die Strahlqualitäten im Laserbetrieb abdecken, wie Strahlart, Wellenlänge, Strahlpolarisation, Strahlleistung und -intensität.
Zweitens werden wir einsteigen Prozessparameter Dazu gehören Schnittgeschwindigkeit, Brennweite, Fokusposition relativ zur Oberfläche, Hilfsgas und Gasdruck. Wir können die Prozessparameter anpassen, um die gewünschte Schnittqualität zu erreichen.
1. Laserwellenlänge
Die drei Arten des Laserschneidens, CO2-, Kristall- und Faserlaser, verwenden unterschiedliche Basismaterialien, um Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen herzustellen.
Jedes Material absorbiert und reflektiert anders WellenlängenDaher ist die Auswahl des richtigen Lasers für Ihr Werkstück der erste entscheidende Schritt.
CO2-Laserschneiden: Im CO2-LaserschneiderDabei wird Strom durch eine mit Kohlendioxid, Helium, Wasserstoff und Stickstoff gefüllte Gaskammer geleitet. Der Spiegel am Ende dieser Röhre fokussiert die Laserstrahlen auf einen einzigen Punkt. CO2-Laser liegen im „Infrarot“ oder unsichtbaren Bereich des Wellenlängenspektrums (0.6 µm).
Bei Raumtemperatur werden lange Infrarotwellenlängen wie CO2-Laser von den glänzenden Oberflächen von Aluminium, Gold, Silber und Kupfer reflektiert. Während Stahl bis zu 10 % der Laserenergie absorbieren kann. Das CO2-Laserschneiden eignet sich nicht zum Schneiden von reflektierenden und leitfähigen Oberflächen, eignet sich jedoch perfekt für isolierende Materialien wie z Holz, Papier und Kunststoffe.
Kristall-Laserschneiden: Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat (Nd: YAG) Laserstrahlen liegen im kürzeren Bereich der Infrarotstrahlung (1.06μm), die in reflektierenden Metallen besser absorbieren. Hochleistungs-Nd:YAG-Laser können metallische und nichtmetallische Oberflächen schneiden und teilweise sogar Keramik bearbeiten.
Eines muss man verstehen: beides CO2-Laser und Nd: YAG-Laser Bei hohen Leistungsintensitäten kann die Reflexion überwunden und ein breiteres Materialspektrum bearbeitet werden. Dies lässt sich auch durch die Änderung externer Parameter erreichen, beispielsweise durch Erhitzen des zu schneidenden Materials.
Faserlaserschneiden: Faserlaser stammen aus Quarzglas und Seltenerdmetallen. Mit einer Wellenlänge von 1.064μmFaserlaser haben eine weitaus höhere Strahlleistung und einen schmalen Fokusdurchmesser, wodurch sie CO2- und Kristallstrahlen in vielerlei Hinsicht überlegen sind. A Faserlaserschneidmaschine ist vielseitig und kann Metalle, Nichtmetalle, Glas und andere Isoliermaterialien verarbeiten. Es gibt auch Lösungen für reflektierende Metalle.
2. Laserleistung und -intensität
Laserleistung und Laserintensität werden oft zusammen und manchmal austauschbar verwendet, haben aber unterschiedliche Bedeutungen.
Die pro Sekunde abgegebene Energiemenge wird als Laserleistung bezeichnet. Gleichzeitig ist die Laserintensität die Leistung geteilt durch die Flächeneinheit des Materials. Verwechseln Sie einen Hochleistungsstrahl nicht mit einem Strahl hoher Intensität. Die Intensität hängt von der Breite des Brennpunkts ab –Je schmaler der Laserstrahl, desto höher ist die Laserintensität.
Laserstrahlen mit geringer Leistung werden von Metalloberflächen reflektiert. Für dickere Materialien benötigen Sie Hochleistungsstrahlen, die tiefer und schneller in das Material eindringen können.
Ein hochintensiver Laserstrahl, der scharf auf einen kleinen, fokussierten Durchmesser gerichtet ist, eignet sich perfekt zur Gewinnung von hochwertige Schnittkante und kleine SchnittfugenbreiteDarüber hinaus erhitzt der Hochleistungslaser einen kleinen Bereich schnell. reduziert die Gratbildung, und verbessert die Schnittgeschwindigkeit, sodass dem Material wenig bis gar keine Zeit bleibt, an den Kanten zu schmelzen und Krätze zu bilden (das restliche wiederverfestigte Metall, das nicht vollständig aus der Schnittfuge entfernt wird).
Wie Hochleistungsstrahlen können auch Strahlen mit hoher Intensität dickere Materialien effizienter schneiden als Strahlen mit niedriger Intensität.
Beachten Sie, dass Strahlleistung und -intensität entsprechend dem Schmelzpunkt optimiert werden sollten und Dicke des zu bearbeitenden MaterialsEine sehr hohe Strahlleistung kann beispielsweise dazu führen, dass erhöhte Wärmeableitung an den Rändern des Schnitts und folglich eine größere Schnittfugenbreite.
3. Strahlpolarisation
Das Reflexionsvermögen des Laserlichts auf der geschmolzenen Oberfläche des geschnittenen Materials hängt ab von der Strahlpolarisation, was die Ausrichtung des elektrischen Feldes in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung ist.
Abhängig von der Feldorientierung gibt es ebene, zirkulare, elliptische und zufällige Polarisation. Jede dieser Polarisationsarten ist absorbiert und anders reflektiert von Die Oberfläche. Zirkulare Polarisation führt zu einer gleichmäßigen Schnittfugenbreite, im Gegensatz zu elliptischer oder linearer Polarisation, die Variationen der Schnittfugenneigung erzeugt.
Die Strahlpolarisation beeinflusst die Qualität der Schnittfuge, abhängig von der Polarisationsfläche und SchnittrichtungAnhand der folgenden Abbildung lässt sich das besser verstehen. Wir erhalten ein kleinere Schnittfugenbreite wenn der Schnitt in Richtung der Polarisation erfolgt (a), im Vergleich zum Schnitt im 90-Grad-Winkel zur Polarisation (c).
4. Fokusposition relativ zur Werkstückoberfläche
Das Fokuseinstellung (auch Z-Offset genannt) ermöglicht die maximale Ausnutzung der Laserleistung beim Schneiden von Material. Ist die Brennweite zu kurz oder zu lang, schneidet das Material nicht effektiv durch die Reduzierung der EnergiedichteUnd wenn Ihr Strahl unscharf ist, schneidet er nichts.
Idealerweise sollte der Fokuspunkt in der Mitte der Materialstärke liegen, damit der Laser keine Scheibe bildet. abgeschrägte Schnittkante und das Werkstück ungleichmäßig geschnitten von oben nach untenAllerdings kann es bei anderen Anwendungen wie der Lasergravur erforderlich sein, die Fokusposition zu erhöhen oder zu verringern.
Die Brennweite wird nach folgender Formel bestimmt: Dicke des MaterialsEine kurze Brennweite für ein dünnes Werkstück (weniger als 4mm) schneidet das Material gleichmäßig. Für dickere Materialien benötigen Sie eine längere Brennweite und eine größere Schärfentiefe, um tief in das Material einzudringen und eine gleichmäßige Schnittkante zu erzielen.
Eine kürzere Brennweite führt zu einer kleineren Punktgröße und Brennweite. Während eine längere Brennweite eine etwas größere Punktgröße und eine längere Brenntiefe bedeutet. Heutzutage ermöglichen uns neuere Technologien jedoch, die Punktgröße klein zu halten und gleichzeitig die Brennweite zu erhöhen.
Generell sollte die Fokuslage während der Bearbeitung eines Materials konstant gehalten werden.
Die Fokusposition hängt außerdem von der Laserstrahlform, dem Lasermodus, Verunreinigungen auf der Linse und der Temperatur des Kühlwassers ab. Alle diese Parameter die Qualität des fertigen Zuschnitts definieren.
5. Laserschneidgeschwindigkeit
Schnittgeschwindigkeit ist ein weiterer wichtiger Laserparameter und wird entsprechend der Dicke des Werkstücks optimiert.
Die Schnittgeschwindigkeit hängt zusammen mit Energieverluste während des Prozesses. Schnellere Geschwindigkeit bedeutet geringere Energieverluste und einen effizienteren Betrieb. Langsame Geschwindigkeit führt zu höheren Energieverlusten und folglich zu einem ineffizienten Verfahren.
Siehe die Abbildung unten, um besser zu verstehen, wie sich die Schnittgeschwindigkeit mit dem ändert Dicke eines Materials.
Niedrige Schnittgeschwindigkeit führt zu Schlacke und Verbrennung des Materials, In ein resultierendes größere Wärmeeinflusszone (WEZ)Im Vergleich dazu kann eine hohe Schnittgeschwindigkeit zu Riefen an der Schneidkante führen. Für die Bearbeitung eines bestimmten Materials ist es optimal, ein perfektes Gleichgewicht zwischen Schnittgeschwindigkeit und Laserleistung zu finden.
6. Hilfsgase und Gasdruck.
Das Gas unterstützenDie beim Laserschneiden verwendete Flüssigkeit spielt eine entscheidende Rolle bei der Entfernung der Schlacke aus dem Schnittspalt und hat erhebliche Auswirkungen. Schneidgeschwindigkeit, Kantenqualität und die Lebensdauer der LaserlinseIm Allgemeinen ist die Schnittgeschwindigkeit direkt proportional zur Laserleistung; Ergebnisse höherer Laserleistung in schnellere Schnittgeschwindigkeiten, und umgekehrt.
Der Hauptzweck des Hilfsgases besteht darin, die geschmolzenes Metall von den Rändern und die optischen Komponenten schützen um Beschädigungen während der Verarbeitung zu vermeiden. Das Gas kühlt das Material außerdem ab, um eine Vergrößerung der Wärmeeinflusszone zu verhindern.
Stickstoff, Argon, Druckluft und Sauerstoff sind die am häufigsten verwendeten Gase.gängige Arten von HilfsgasenJeder Typ hat seine Vor- und Nachteile sowie seine Anwendungsbereiche. Die Wahl des Gases und des Drucks bestimmt letztendlich die Qualität der Schnittkanten.
Stickstoff (inert) Gas wird typischerweise bei der Verarbeitung von Edelstählen, Aluminium- und Nickellegierungen sowie hochlegierten Stählen eingesetzt. Stickstoffgas unter höherem Druck bietet zusätzliche mechanische Unterstützung, um restliches geschmolzenes Material von der Oberfläche zu entfernen.
Sauerstoff ist ein aktives Gas, das einen Prozess auslöst exotherme Reaktion und hilft beim Schneiden dickerer Materialien. Beim Sauerstoffschneiden bildet sich in Baustahl und Kohlenstoffstahl eine Oxidschicht, was sowohl Vor- als auch Nachteile für das Werkstück hat. Vorteilhaft ist, dass Oxide …die Absorptionsrate erhöhen und das Material schneller schmelzenDies trägt zur Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit bei. Gleichzeitig ist es aber auch nachteilig, da Oxidschichten Defekte verursachen und die Nachbearbeitung des Materials beeinträchtigen.
Möchten Sie mehr über die Wahl von Stickstoff oder Sauerstoff erfahren? Lesen Sie unseren Beitrag.
Druckluft ist die billigste Wahl aller Hilfsgase, aber ihre Verwendung ist begrenzt.
7. Düsendurchmesser und Abstand
Das Düse transportiert das Hilfsgas und ist koaxial zu dem LaserstrahlEs ist verantwortlich für die Zufuhr von Hilfsgas in den Schneidbereich und die Stabilisierung des Drucks an der Oberfläche. Minimierung von Spritzern aus geschmolzenem MetallDer Düsendurchmesser ist ein wichtiger Parameter, der je nach Materialart und -dicke ausgewählt werden muss.
Der Abstand zwischen der Düse und dem Werkstück ist der Abstand. Es bestimmt das Gasströmungsmuster und letztendlich die Schnittqualität. Große Abstandsabstände führen häufig zu starken Turbulenzen und Druckschwankungen. Es wird empfohlen, den Abstand einzuhalten nicht größer als 1mm. Außerdem sollte der Abstand kleiner sein als der Düsendurchmesser.
Eine Fehlausrichtung der Düse kann zu unerwünschten Defekten, Schnittverletzungen usw. führen Schlacke das kann die Schnittqualität beeinträchtigen. Der Düsendurchmesser muss unbedingt vollständig auf den Laserstrahl ausgerichtet sein, um einen gerichteten Gasfluss über die Materialoberfläche zu vermeiden.
Die Qualität des Laserschneidens hängt von einem ausgewogenen System ab. Kernparameter wie z. B. Leistung, Fokus, Geschwindigkeit, Gas und Düse. Laserwellenlänge bestimmt die Basisabsorptionsratewas eine Anpassung des Materials durch andere Parameter erfordert. Energiebedarf präzise Abstimmung um eine raue Schnittfläche zu vermeiden; Fokusposition ist entscheidend: ein negativer Fokus (-0.1 bis -0.5 mm) eignet sich zum Stickstoffschneiden von Edelstahl, während ein positiver Fokus (+0.2 bis +1 mm) wird zum Sauerstoffschneiden von Kohlenstoffstahl verwendet.
Die Schnittgeschwindigkeit muss mit der Gasdurchflussrate abgestimmt werden, um den Wärmeeintrag zu kontrollieren und Schlackenbildung zu verhindern. Für Hilfsgase, wie sie beispielsweise beim Schneiden von Edelstahl verwendet werden, ist Stickstoff unter hohem Druck erforderlich. Düsendurchmesser, Koaxialität und Höhe müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Gemeinsam wird ein stabiler Luftstrom gewährleistet. und SchnittqualitätDiese Parameter stehen in Wechselwirkung zueinander und bestimmen gemeinsam Schnitteffizienz und fertig Produktqualität.
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Wie werden Parameter in einer Laserschneidmaschine eingestellt?
Viele moderne Laserschneidmaschinen verfügen über voreingestellte Parameter für verschiedene Materialien in der Softwaredatenbank. Diese vordefinierten Parameterwerte sind: ausprobiert und getestet vom Unternehmen bereitgestellt und kann automatisch implementiert werden. Dadurch kann Ihre Arbeitsbelastung reduziert und die Verarbeitung vereinfacht werden. Wenn Sie jedoch Folgendes benötigen: geringfügige ÄnderungenSie können Ihre Schnittparameter manuell bearbeiten und in die Software eingeben, die die Laserschneidmaschine steuert.
Wenn Sie Ihre Parameter von Grund auf neu festlegen müssen, gilt als Faustregel: Beginnen Sie mit Hochgeschwindigkeits und Low-Power zum Gravieren und Schneiden des Materials. Sobald Sie mit der Arbeit beginnen, kann die Software… Ändern Sie die Parameter Um das beste Ergebnis zu erzielen, können Sie die Parameter beim Schneiden eines Teststücks anpassen, um eine gratfreie und perfekte Schnittkante zu erhalten.
Das Der Bediener sollte geschult werden um etwaige Komplikationen während des Prozesses zu bewältigen. Zum Beispiel sollte er die Konsequenzen kennen, Erhöhung oder Verringerung der Schnittgeschwindigkeit, Gasdruck und LaserleistungDie Beziehung zwischen der Art und Weise, wie Laserparameter mit dem Material interagieren, ist von entscheidender Bedeutung.
Hier ein Beispiel: Als der Bediener Grate am Edelstahl bemerkte, die Schnittgeschwindigkeit versehentlich reduziert und Ich habe versucht, das Gas einzustellenDies führte dazu sich aufbauende Wärmeund das geschmolzene Metall erstarrte, bevor das Gas effektiv weggeblasen werden konnte, was zu einem gleichmäßigen größere Grate oder Schlacke.
Wenn sich die Gratbildung aufgrund der reduzierten Schnittgeschwindigkeit beim Schneiden von Edelstahl verschlimmert, liegt die Ursache darin, dass die akkumulierte Wärme die geschmolzene Schlacke erstarren lässt. Die richtige Lösung besteht darin, gleichzeitig Geschwindigkeit und Druck zu erhöhen (Stickstoff ≥ 2 MPa), während gleichzeitig die Koksablagerung reduziert wird (z. B. Anpassung auf -0.2 mm)), unter Verwendung einer größeren Düse (z. B. φ3) und die Koaxialität zu kalibrieren. Entscheidend ist das richtige Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Gasspülung; die rechtzeitige Entfernung des geschmolzenen Metalls ist für die Erzielung eines guten Ergebnisses unerlässlich. glatte Schnittfläche.
| Kenngrößen | Edelstahl | Edelstahl | Aluminium | Aluminium |
| Dicke (mm) | 10 | 10 | 5 | 10 |
| Gasart | O2 | N2 | N2 | N2 |
| Leistung (kW) | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Schnittgeschwindigkeit (mm / min) | 680 | 1200 | 7000 | 2400 |
| Gasdruck | 10.5 | 12 | 15 | 15 |
| Brennweite (mm) | -3 | -7.2 | -1.1 | -2.4 |
| Abstand (mm) | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| Düsendurchmesser (mm) | 2.5 | 3 | 2.5 | 3 |
| Frequenz (Hz) | 5000 | 5000 | 5000 | 5000 |
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Häufig gestellte Fragen
Frage 1: Was sind die häufigsten Fehler bei der Auswahl einer Laserschneidmaschine und der Einstellung der Parameter?
Blindes Ausnutzen hoher Leistung, Wahl des falschen Hilfsgases, Verwendung der gleichen Parameter für alle Materialien, Fokussierung nur auf den Gerätepreis und Auslassen des Probeschnitt-Verifizierungsschritts.
Frage 2: Wie lässt sich feststellen, ob die Parametereinstellungen beim Laserschneiden optimal sind?
Die Kriterien lassen sich wie folgt zusammenfassen: „drei hohe und ein niedriges“: hohe Schnittqualität, hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit und schmale Schnittfuge.
Frage 3: Müssen die Parameter beim Laserschneiden im Laufe der Zeit angepasst werden?
Ja, die Parameter müssen dynamisch an Veränderungen der Ausrüstung und der Umgebung angepasst werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Frage 4: Welche Unterstützung und Dienstleistungen im Zusammenhang mit den Parametern bietet Baison Laser an?
Wir bieten umfassende Supportleistungen an, darunter Ferndiagnose und -optimierung, kontinuierliche Prozessaktualisierungen und Anwendungsentwicklung auf Expertenniveau.
Fazit
Laserschneiden ist als fortschrittliche Bearbeitungstechnologie stark von einem umfassenden Verständnis der Anlagen und ihrer Parameter abhängig, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Wichtige Parameter sind beispielsweise: Werkzeuge und Geschwindigkeit die Schnittfugenbreite maßgeblich beeinflussen, während Faktoren wie Gas haben ein relativ geringere AuswirkungenDie Parameter müssen vor dem Schneiden optimiert werden, um Defekte wie Streifen und Schlacke zu minimieren und so die Endqualität des Werkstücks zu gewährleisten.
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