Выбор скорости лазерной резки различных металлов.



      Скорость лазерной резки является ключевым параметром определяющим производительность процесса и себестоимость обработки с учетом достижения требуемого качества деталей. Скорость резки зависит от следующего ряда факторов: мощности лазерного источника, свойств обрабатываемого материала, толщины заготовки, вида рабочего газа, фокусного расстояния и текущего состояния лазерного и вспомогательного оборудования. Важно чтобы выбранная скорость была оптимальной, так как слишком высокая (неравномерный рез, косина) или низкая (оплавление, наплывы, грат) скорость приводит к ухудшению качества режущей кромки. В приведенной интерактивной таблице можно найти диапазон рабочих скоростей резки в зависимости от мощности источника, материала, толщины заготовки, с учетом использования наиболее эффективного рабочего газа.

Определение режимов резания при лазерной резки металла.

Материал заготовки

Газ

Мощность лазера, кВт.

Толщина, мм. 1 2 3 4 5 6 8 10
Скорость, м/мин. ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----


Толщина, мм. 12 14 16 20 25 30 40 50
Скорость, м/мин. ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
      При использовании воздуха фактическая скорость резания совсем незначительно выше скорости резки в среде азота за счет небольшого окисления (горения) материала в процессе резки. С учетом этого, в таблице приведен общий диапазон рабочих скоростей для азота и воздуха. Для большей наглядности процесса определения скорости лазерной резки рассмотрим свойства каждого материала более детально.
      Углеродистая сталь самый используемый материал в производстве, который хорошо поддается лазерной резке. Процесс резки проходит на довольно высоких скоростях, а в качестве рабочего газа может использоваться воздух, кислород или азот. Выбор рабочего газа является ключевым фактором определяющим скорость резки и качества полученной кромки. Лучшее качество режущей кромки получается при использовании азота – инертного газа, который не вступает в химическую реакцию с расплавленным металлом. При резке кислородом происходит экзотермическая реакция окисления железа. На кромке образуется оксидная пленка ухудшающая качество реза. Кроме того, при использовании кислорода возможно выгорание углерода из рабочей зоны. При использовании воздуха полученная кромка реза более шероховатая, чем при использовании азота и имеет темный цвет из-за частичного окисления материала. Что касается, скорости обработки, то при резке заготовок малых толщин наиболее эффективно использовать азот или воздух. В этом случае скорость резки гораздо больше, чем в среде кислорода. Однако с увеличением толщины материала и в зависимости от мощности лазерного источника, скорость азотной резки сильно падает по сравнению с кислородной резкой. Резка материалов большой толщины в среде азота или воздуха становиться вообще неэффективной. Скорость кислородной резки на больших толщинах приемлемая, так как процесс сопровождается значительным выделением количества тепла за счет окисления (горения) железа. Так же стоит отметить, что химический состав углеродистой стали, также влияет на процесс лазерной резки. Например, с увеличением содержания углерода в стали, увеличивается её теплопроводность. Полученное тепло будет быстрее выводиться из зоны резания, снижая эффективность поддержки температуры расплава. В этом случае компенсировать потери тепла можно незначительным снижением скорости резания.
      Нержавеющая сталь по сравнению с обычными углеродистыми сталями имеет гораздо меньшую теплопроводность, вследствие чего, полученное тепло от луча концентрируется в режущей зоне и медленнее распределяется по всему материалу. Низкая теплопроводность увеличивает эффективность плавления материала и позволяет резать нержавеющую сталь с помощью воздуха или азота на довольно высоких скоростях. Слишком малая скорость резания в этом случае может привести к перегреву и оплавлению кромки детали с выгоранием легирующих элементов. При лазерной резки нержавеющей стали не используют кислород, по причине окисления главного легирующего элемента – хрома. При окислении хром образует в зоне резания, твердые, тугоплавкие оксиды (Cr2O3) в виде трудно удаляемой окалины. При этом благодаря теплопроводности даже на больших толщинах материала скорость резки в среде кислорода не выше скорости резки с помощью азота или воздуха. Кроме того, окисление хрома снижает коррозионную стойкость материала. Поэтому для получения чистого без окалины реза необходимо резать заготовку в среде азота или другого инертного газа.