Una guía sobre los conceptos básicos del corte por láser

Definición

El corte por láser consiste en utilizar un rayo láser de densidad de alta potencia para irradiar el material a cortar, de modo que el material se caliente rápidamente a la temperatura de vaporización y se evapore para formar un agujero. A medida que la viga mueve el material, el orificio forma continuamente una hendidura con un ancho estrecho para completar el corte del material.

Principio

El láser utiliza la excitación de sustancias para generar luz. Esta luz tiene una temperatura fuerte. Al entrar en contacto con el material, se puede derretir rápidamente en la superficie del material para formar un agujero. Según el movimiento del punto de registro, se forma el corte. En comparación con el método de corte tradicional, el método de corte tiene un espacio más pequeño y puede ahorrar la mayor parte del material. Sin embargo, el análisis se define según el efecto de corte. El material que se corta según el láser tiene un efecto de corte satisfactorio y una alta precisión. Esto se hereda Además de las ventajas del láser, también es incomparable con los métodos de corte ordinarios.

El corte por láser consiste en utilizar un rayo láser enfocado de alta densidad de potencia para irradiar la pieza de trabajo, de modo que el material irradiado se derrita, vaporice, ablate o alcance rápidamente el punto de ignición y, al mismo tiempo, el material fundido sea expulsado por la alta presión. Acelere el flujo de aire coaxial con la viga, cortando así la pieza de trabajo. El corte por láser es uno de los métodos de corte térmico.

Tipos

El corte por láser se puede dividir en cuatro categorías:corte por vaporización por láser, corte por fusión por láser, corte por oxígeno con láser, trazado con láser y fractura controlada.

1. Corte por vaporización láser

Usando un rayo láser de alta densidad de energía para calentar la pieza de trabajo, la temperatura aumenta rápidamente, alcanza el punto de ebullición del material en muy poco tiempo y el material comienza a vaporizarse para formar vapor. La velocidad de expulsión de estos vapores es muy grande y, al mismo tiempo que se expulsan los vapores, se forma un corte en el material. El calor de vaporización de los materiales es generalmente muy grande, por lo que la vaporización y el corte con láser requieren mucha potencia y densidad de potencia.

El corte por vaporización láser se utiliza principalmente para cortar materiales metálicos extremadamente delgados y materiales no metálicos (como papel, tela, madera, plástico y caucho, etc.).

2. Corte por fusión por láser

En el corte por fusión por láser, el material metálico se funde mediante calentamiento por láser, y luego el gas no oxidante (Ar, He, N, etc.) se rocía a través de la boquilla coaxial con el rayo, y el metal líquido es descargado por el fuerte presión del gas para formar un corte. El corte por fusión por láser no necesita vaporizar completamente el metal, y la energía requerida es solo 1/10 del corte por vaporización.

El corte por fusión por láser se utiliza principalmente para cortar materiales que no se oxidan fácilmente o metales activos, como acero inoxidable, titanio, aluminio y sus aleaciones.

3. Corte de oxígeno por láser

El principio del corte con oxígeno por láser es similar al corte con oxiacetileno. Utiliza un láser como fuente de calor de precalentamiento y un gas activo como el oxígeno como gas de corte. Por un lado, el gas soplado interactúa con el metal de corte para provocar una reacción de oxidación y emitir una gran cantidad de calor de oxidación; por otro lado, el óxido fundido y la masa fundida se soplan fuera de la zona de reacción para formar un corte en el metal. Debido a que la reacción de oxidación en el proceso de corte genera mucho calor, la energía requerida para el corte con oxígeno por láser es solo la mitad del corte por fusión, y la velocidad de corte es mucho más rápida que el corte por vaporización por láser y el corte por fusión. El corte con oxígeno por láser se utiliza principalmente para materiales metálicos que se oxidan fácilmente, como acero al carbono, acero de titanio y acero tratado térmicamente.

4. Trazado con láser y fractura controlada

El trazado con láser utiliza un láser de densidad de alta energía para escanear la superficie del material quebradizo, de modo que el material se calienta para evaporar una pequeña ranura, y luego aplica una cierta presión, el material quebradizo se agrietará a lo largo de la pequeña ranura. Los láseres para el trazado con láser son generalmente láseres de conmutación Q y láseres de CO2.

El control de fracturas es el uso de la distribución abrupta de temperatura generada por el ranurado por láser, que genera tensión térmica local en el material frágil y rompe el material a lo largo de la ranura pequeña.

Funciones

En comparación con otros métodos de corte térmico, el corte por láser tiene las características generales de velocidad de corte rápida y alta calidad. Específicamente resumido como los siguientes aspectos.

1. Buena calidad de corte

Debido al pequeño punto láser, la alta densidad de energía y la alta velocidad de corte, el corte por láser puede obtener una buena calidad de corte.

una. La incisión de corte con láser es estrecha, ambos lados de la hendidura son paralelos y perpendiculares a la superficie, y la precisión dimensional de las piezas cortadas puede alcanzar ± 0,05 mm.

B. La superficie de corte es lisa y hermosa, la rugosidad de la superficie es de solo decenas de micrones e incluso el corte con láser se puede usar como último proceso, sin procesamiento mecánico, y las piezas se pueden usar directamente.

C. Después de cortar el material con láser, el ancho de la zona afectada por el calor es muy pequeño, el rendimiento del material cerca de la hendidura casi no se ve afectado y la deformación de la pieza de trabajo es pequeña, la precisión de corte es alta, la geometría de la hendidura es bien, y la forma de la sección transversal de la hendidura es un rectángulo más regular.

2. Alta eficiencia de corte

Debido a las características de transmisión del láser, la máquina de corte por láser generalmente está equipada con múltiples mesas de trabajo CNC, y todo el proceso de corte se puede controlar completamente mediante CNC. Durante el funcionamiento, solo es necesario cambiar el programa de control numérico, se puede aplicar al corte de piezas de diferentes formas, tanto en corte bidimensional como en corte tridimensional.

3. Velocidad de corte rápida

Usando un láser con una potencia de 1200W para cortar una placa de acero con bajo contenido de carbono de 2 mm de espesor, la velocidad de corte puede alcanzar los 600 cm / min; cortando un tablero de resina de polipropileno de 5 mm de espesor, la velocidad de corte puede alcanzar los 1200 cm / min. No es necesario sujetar y fijar el material durante el corte con láser, lo que no solo puede ahorrar accesorios de herramientas, sino que también ahorra tiempo auxiliar para la carga y descarga.

4. Corte sin contacto

Durante el corte por láser, el soplete de corte no tiene contacto con la pieza de trabajo y no hay desgaste de la herramienta. Para procesar piezas de diferentes formas, no es necesario cambiar la "herramienta", simplemente cambie los parámetros de salida del láser. El proceso de corte por láser tiene poco ruido, poca vibración y no contamina.

5. Hay muchos tipos de materiales de corte

En comparación con el corte por oxiacetileno y el corte por plasma, existen muchos tipos de materiales de corte por láser, incluidos materiales compuestos metálicos, no metálicos, metálicos y no metálicos, cuero, madera y fibra. Pero para diferentes materiales, debido a sus diferentes propiedades termofísicas y diferentes tasas de absorción para los láseres, muestran una adaptabilidad diferente para el corte por láser.

Aplicaciones

La mayoría de las cortadoras láser se controlan mediante programas CNC o se convierten en robots de corte. Como método de procesamiento preciso, el corte por láser puede cortar casi todos los materiales, incluido el corte bidimensional o el corte tridimensional de placas de metal delgadas.

En el campo de la fabricación de automóviles, se ha utilizado ampliamente la tecnología de corte de curvas espaciales, como las ventanas superiores de los automóviles. La empresa alemana Volkswagen utiliza un láser con una potencia de 500W para cortar láminas de carrocería de formas complejas y varias partes curvas. En el campo aeroespacial, la tecnología de corte por láser se utiliza principalmente para cortar materiales especiales de aviación, como aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, aleaciones de níquel, aleaciones de cromo, acero inoxidable, óxido de berilio, materiales compuestos, plásticos, cerámica y cuarzo. Las piezas aeroespaciales procesadas por corte por láser incluyen el tubo de llama del motor, la carcasa de pared delgada de aleación de titanio, el armazón de la aeronave, la piel de aleación de titanio, la armadura del ala, el panel del ala trasera, el rotor principal del helicóptero, la baldosa cerámica de aislamiento térmico del transbordador espacial, etc.

La tecnología de corte por láser también se utiliza ampliamente en el campo de los materiales no metálicos. No solo se pueden cortar materiales con alta dureza y fragilidad, como nitruro de silicio, cerámica, cuarzo, etc .; pero también puede cortar y procesar materiales flexibles, como tela, papel, placas de plástico, caucho, etc., como cortar ropa con láser, puede ahorrar ropa 10% ～ 12%, mejorar la eficiencia en más de 3 veces.

Tendencias

1. La máquina de corte por láser continuará la revolución de productos que hace época.

La fuente de luz láser es el componente central del cortador láser y también un indicador importante que determina el tipo y la capacidad de corte de un cortador láser. No hace falta decir que los cambios futuros en los cortadores láser también se producirán en las fuentes de luz láser. Como se mencionó anteriormente, el reemplazo de la máquina de corte por láser de CO2 por la máquina de corte por láser de fibra es la revolución tecnológica más importante en los 40 años desde que nació la cortadora de láser, que ha traído beneficios económicos que hacen época a los fabricantes y usuarios nuevos y antiguos en este campo. Entonces, en el futuro, ¿habrá una nueva fuente de luz que sea más barata que los láseres de fibra, tenga un mejor rendimiento, un modo de haz más excelente, una tasa de conversión electroóptica más alta o un costo total más bajo? La respuesta es, por supuesto, sí. Entonces pregunte, ¿qué tipo de láser? Por supuesto, ahora es imposible dar una respuesta precisa. La ciencia y la tecnología a veces fallan, a veces miles de kilómetros por día.

2. El láser de fibra de alta potencia se convertirá en la fuerza principal en el mercado de las máquinas de corte por láser.

Hoy en día, las máquinas de corte de fibra óptica de varios rangos de potencia han marcado el comienzo de un gran desarrollo. Sin embargo, ¿dónde está la potencia láser convencional de las máquinas cortadoras láser en el futuro? Aunque las máquinas de corte por láser en cada rango de potencia tienen su propio uso, la familia de láseres que comenzó con láseres de fibra de alta potencia y desencadenó la revolución mundial de la tecnología de las máquinas de corte por láser, considera que la potencia, la precisión y la capacidad de corte son más altas. de las importantes direcciones de desarrollo de la máquina de corte por láser de fibra. STYLECNC lanzó recientemente una máquina de corte por láser de fibra de ultra alta velocidad de 15KW, que ha logrado un avance sin precedentes en velocidad de corte y grosor de corte, lo que ha atraído la atención de la industria. ¿Contiene esto la tendencia de desarrollo futuro de las máquinas de corte por láser? Vale la pena esperar a los expertos de la industria, académicos y amigos de los usuarios. Además, podemos estar seguros de que, en un futuro próximo, muchos fabricantes de máquinas de corte por láser de fibra, nacionales y extranjeros, marcarán el comienzo de una feroz competencia en el mercado. Solo las empresas con una calidad de producto excelente, un enfoque continuo en la inversión en I + D y el dominio de las tecnologías competitivas básicas pueden hacerlo y ser invencibles.

3. Se acerca la era de la inteligencia.

Ya se trate de la Industria 4.0 en Alemania o de la fabricación inteligente en China, se acerca la cuarta revolución industrial en el campo industrial. Como máquina de corte por láser CNC de alta precisión, la máquina de corte por láser seguramente seguirá el ritmo de los tiempos y volará con la tecnología. El desarrollo de la automatización de la máquina de corte por láser ha mejorado enormemente la capacidad de producción y el nivel de automatización del taller de chapa metálica.

En el futuro, sobre esta base, se está gestando una era de fabricación inteligente de máquinas de corte por láser en los campos de la tecnología de redes, la tecnología de la comunicación, la tecnología de software y otros campos. Es previsible que, como medio de corte de chapa de precisión, utilizará inevitablemente sus propias capacidades de comunicación de red para comunicarse con la línea de desenrollado de chapa de la fábrica, la máquina dobladora, la punzonadora CNC, la unidad de unión de soldadura (remachado), la línea de granallado y revestimiento. . Otros equipos, integrados en un plan de producción unificado, un sistema de gestión de tareas y evaluaciones, se han convertido en una parte importante del sistema de gestión de talleres de chapa. Como resultado, los fabricantes de máquinas de corte por láser se transformarán gradualmente en contratistas de fabricación de chapa metálica.