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更好的激光切割边缘的4种方法

发布时间:2019/12/13 10:22

更好的激光切割边缘的4种方法

光束,喷嘴,过程控制和材料使工作保持顺畅

发布于:2019年12月13日

发表人:江苏科茂自动化有限公司

关于:数控切割机,激光切割

激光切割
控制系统,过程监控和光束质量的进步,即使在极厚的材料中,也能改善切割边缘。

激光已经成为金属制造的真正主力军,它们的生产力从未如此高过。他们以前所未有的速度切割套料,这使物料搬运自动化变得更加重要。如果激光器长时间闲置,等待操作员装载板材和卸载零件,那么更高切割速度都不会显着影响整个循环时间。

类似的想法也适用于边缘质量。边缘质量当然是主观的。机械师会看着激光切割的零件,发现边缘质量不是很好。另一方面,焊工可能会看到同一零件,并看到光滑,一致,高质量的边缘。无论如何,应用程序要求决定了什么是“质量”优势。激光可以立即完成零件嵌套,但是如果这些零件需要通过二次去毛刺操作发送,该怎么办?

以每分钟这么多英寸的速度进行切割非常棒,但是如果零件陷入毛刺瓶颈,整个循环时间可能不会改变太多。为了确保更好的切削刃,操作员历来不得不更改切削程序参数,例如尖角附近的切削速度,但有时他们发现,这比简单地将整个加工过程通过去毛刺系统花费的时间更长。

自1990年代末和2000年代初以来,发生了许多变化。切割激光已经发展到在许多情况下甚至从切割床出来的较厚零件也可以跳过二次去毛刺操作的程度,而无需手动调整切割参数。这些改进主要来自四个方面的改进:材料质量,喷嘴技术,过程控制和光束质量(请参见图1和2)。

 

1.更好的材料

在过去的15年中,更高功率的激光使制造商可以切割更厚的材料,但是边缘质量有时会受到影响。早期,很难获得具有光滑,工厂规模的表面和一致的成分的厚材料,以使激光切割出一致的光滑边缘。

钢铁制造商看到了需求的增长,并开始为制造商生产更多的激光级材料。如今,加工12毫米甚至更厚的钢的公司可以轻松获得激光质量的,工厂级的材料。

2.更好的喷嘴

高功率激光机切割较厚材料的能力也迫使切割喷嘴前进。进步包括用于用氧气切割钢的同轴喷嘴。用氧气切割时,辅助气体的流量非常低,为每分钟0.5至2.0立方英尺。同轴或双喷嘴使气体平稳而一致地流入切口,从而在12至20毫米厚的钢中产生了良好的边缘质量。

这项技术并没有因氧气切割而停止。由于高功率激光能够在薄材料中高速切割,因此氮气辅助气体切割变得越来越流行。氮气切割后留下了无氧化物的边缘,可以进行焊接或喷漆。

氮气的缺点是需要很高的气体流量来切割材料,因此需要大直径的喷嘴和高压氮气供应以更高的速度切割较厚的材料。为了解决这个问题,喷嘴的发展有助于创造最佳的流动动力学。喷嘴内的锥角产生了用于高压切割的同轴流,在切割区域本身内的湍流最少。这项研发在使激光使用氮气切割零件,使它们无浮渣且具有一致且光滑的边缘方面发挥了巨大作用。

3.更好的过程控制

随着激光变得越来越强大,并开始切割更厚的材料,变得越来越难于获得具有良好边缘质量的无浮渣零件。激光切割机OEM看到了这一点,并开始使控制器做的不仅仅是运行程序。他们无需经验丰富的操作员就可以使处理变得更容易,更可靠。
激光切割
当今的激光可以在许多材料上切割出各种厚度,并获得非常好的边缘质量,足够平滑和一致的图像,因此无需通过二次去毛刺操作将其发送出去。
 

高功率激光能够使用氮气作为辅助气体高速切割薄材料,从而留下无氧化物的边缘。但是,在早期,当激光器放慢转速以转动时,其中一些零件仍需要进行二次操作以去除留在锐角上的少量渣(仍保持高功率)。为了消除二次去毛刺,程序员必须进行条件更改,以在每个角上使用较低的功率,占空比和频率。这在编程方面花费了很多时间,因此他们很快意识到,切割后清理边缘比花时间进行编程更为有效。

今天的控制器可以自动完成所有这些工作。他们根据头进入弯道的速度来计算要降低的功率,占空比和频率,并随着加速离开弯道而逐渐上升。这样做可以避免过热,并防止在角上形成浮渣(见图3)。

但是,如果没有良好的穿孔,激光将无法获得良好的边缘质量。较旧的机器运行了编程的穿孔时间。如果刺孔在设定的时间内没有穿透材料,则机器无论如何都会开始切割,只会产生不良且可能无法使用的零件。因此,操作员将穿孔时间设置得过长,以确保穿孔完全穿透。这给每个穿孔增加了许多秒钟,从而延长了运行的总循环时间。

在较旧的系统中,实际切割也由设置程序运行,该程序无法适应切割条件中无法预料的变化。如果运行过程中产生了不良零件,操作员仍会发现自己报废了不良边缘并削减了多余零件。

这是过程监控帮助满足需求的地方。使用机器内置的光传感器,控制器现在可以实时监控激光切割。过程监控使机器能够“观察”穿孔和切割,并进行调整,以便继续加工可用的零件。通过穿孔监控,控制器可以监视穿孔,感知穿孔何时穿过物料,然后才开始切割零件。

过程监控还包括燃烧和等离子体检测。当用氧气切割钢时使用,当材料不受控制地在切缝中燃烧,导致边缘质量差时,燃烧检测表会观察到切割过热并显示“氧气失控”。控制器会看到这种情况,并进行必要的调整以略微冷却切割,暂时降低功率并放慢速度,然后再继续高速运转。

与燃烧检测类似,等离子体检测与氮气切割一起使用。用氮气切割不锈钢或碳钢时,激光会熔化钢,而氮气辅助气体会排出熔融材料,从而留下无氧化物的边缘。但是,如果激光切割得太快,转过一个锐利的角或聚焦点有点偏离,则可能会“失去切割”并产生无法使用的零件。

发生这种情况时,氮气和熔融材料会产生等离子体。等离子检测可以看到这种频率的光,并计算出切口很快就会丢失。此时,机器在不增加切削量的情况下,先将指定的距离的进给速度减慢,然后再加速回升。结果:系统继续生产出边缘干净的优质零件。

4.新激光器,新光束参数

OEM已花费数百万美元进行研发,以提高激光束质量。通过产生更好的光束,激光可以更一致地切割钢,不锈钢和铝,并具有更好的边缘质量。在过去的几十年中,大部分工作都集中在CO 2激光器上,但近年来,研发也推动了固态激光器的切割领域,包括光纤激光器和最近的直接二极管技术。

CO 2激光器改变了金属制造的过程。它使我们今天处于今天。光纤激光器已被证明是该行业的下一代激光切割设备。与CO 2激光器相比,光纤激光器具有较低的维护成本,简单的操作以及能够以更高的速度进行切割的功能,因此对于许多新购买的激光器而言,光纤激光器是增长最快的选择。它在薄材料上产生的边缘与CO 2激光器产生的高质量边缘非常相似。但是随着材料厚度的增加,边缘质量会下降。

激光切割
控制器使用过程监控来实时检测穿孔和切割特征。他们进行了必要的更改以提供最佳的边缘质量,即使在锐角附近也是如此。更好的光束,喷嘴,过程控制和材料使工作保持畅通
 

激光束的质量由光束参数乘积或BPP衡量。CO 2激光器的BPP通常为8至9 mm•mrad,这使该激光器能够以非常好的边缘质量切割钢,不锈钢和铝。光纤激光器的BPP通常为1到3 mm•mrad,这使激光器可以在较薄的材料中非常快地切割-但是,较厚的材料的边缘质量会下降。这就是为什么选择CO 2激光器作为加工较厚材料的制造商的原因。

但是,正在出现新技术,该技术改变了光纤激光器的光束特性,使其能够切割质量与CO 2相同但功率只有一半的厚软钢。这样一来,制造商就可以购买光纤激光器来处理其全部材料类型和厚度,而无需使用特殊的光学器件,也无需更换透镜。

在光纤机器上模拟CO 2边缘质量的能力已经并且将继续通过使用特殊的透镜和反射镜来实现,这些透镜和反射镜会改变切缝宽度,从而允许更多的辅助气体进入切割区域并降低光斑密度。但是,通过更改BPP值,光纤激光器可以达到CO 2激光器的光束质量,并具有适当的光束设置,而无需其他设置和消耗品。

展望未来,新兴技术无疑将为激光切割市场带来新的增长。几家制造商已经开发出了称为直接二极管激光器的固态系统,该系统具有更高的效率和独特的加工优势。虽然尚不清楚该技术将如何影响当前的激光选件,但它已经显示出产生出色边缘质量的能力。

激光技术在不断变化。更快,更高效的系统不断涌现-而且还有更多。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn

数控焊割设备制造商