Лазерная резка металла: технологии, методы и секреты обработки

Лазерная резка металла — технология, которая открывает широкие возможности для разного рода металлообработки. Она применяется в разнообразных отраслях: от автомобильной индустрии до ювелирного дела. Технология позволяет достичь исключительного качества среза и снизить затраты на дополнительную шлифовку кромок.

Благодаря высокой точности и скорости, а также выгодной экономической составляющей, лазерная обработка становится незаменимой в современных производственных процессах.

Основные принципы

Процесс лазерной резки основан на использовании мощного сфокусированного луча, который нагревает металлическую поверхность до температуры плавления и аккуратно разрезает. Луч направляется через серию зеркал и линз и сфокусируется на конкретной точке. Энергия в этом пятне настолько высока, что металл быстро плавится.

Главное преимущество такого способа заключается в том, что на поверхность изделия не оказывается механическое воздействие. Это значительно снижает риск деформации и обеспечивает высокую точность среза. Метод эффективен как для серийного производства, так и для изготовления деталей по индивидуальным чертежам.

Что еще важно знать:

• Фокусировка — для точного разреза требуется сфокусировать лазер в маленькую точку диаметром 0,1–0,4 мм.
• Вспомогательный газ — используются кислород или азот, они выдувают расплавленный металл из зоны реза и предотвращают процессы окисление.
• Программное управление — современные станки оснащены системами ЧПУ, которые позволяют автоматически направлять луч по заданной траектории.

Чаще всего на производстве применяют оптоволоконные и CO₂-лазеры. Каждый из них имеет особенности: оптоволоконные более экономичны и подходят для резки именно металлов, CO₂-лазеры больше используются для обработки неметаллов — хотя до недавнего времени их активно применяли и для работы с листовым металлом.

Методы лазерной резки

В настоящее время используются три методики обработки лазером. Каждая из них подходит для различных задач.

Плавление

Метод плавления используется для большинства металлов и считается основным. Как работает: лазер нагревает материал до температуры плавления, а вспомогательный газ (чаще всего азот) выдувает расплавленное из зоны реза, создавая ровные края без образования окалины.

Обработка воздухом

Это способ подходит для резки стали. Здесь используется кислород, который подается в рабочую зону и способствует окислению металла. Это окисление дополнительно выделяет тепловую энергию, что ускоряет процесс. Недостаток — возможное образование заусенцев и последующая необходимость дополнительной шлифовки кромок.

Испарение

Метод подходит для тонкостенных заготовок и хрупких материалов. В этом случае лазерный луч испаряет металл небольшими всплесками, не создавая значительного теплового воздействия на соседние участки. Способ требует станков высокой мощности, поэтому используется редко.

Факторы, влияющие на качество реза

На точность реза и качество готового изделия влияет множество факторов. Некоторые из них:

• Материал. Металлы имеют разную отражательную способность и температуру плавления. Например, алюминий и латунь отражают излучение, что усложняет их обработку. Для работы с ними используются оптоволоконные станки, поскольку их излучение легче поглощается.
• Мощность и скорость. Если мощность завышена или скорость слишком низкая, края могут оплавиться. Напротив, недостаточная мощность или большая скорость оставят шероховатые участки. При настройке этих параметров важно учитывать толщину листа.
• Фокусировка луча. Чтобы обеспечить аккуратный срез, необходимо правильно настроить фокусировку луча. Смещение точки фокусировки относительно поверхности заготовки приведет к дефектам на изделии.

Особенности обработки материалов

Лазерный станок может работать с большим количеством материалов. Каждый из них имеет свои особенности, которые влияют на выбор метода и настройку параметров системы. Рассмотрим, как обрабатываются самые востребованные металлы:

• Углеродистая сталь. Для нее лучшим вариантом будет плазменная резка. Для ускорения процесса обычно используется кислород — с его применением можно резать листы до 20–25 мм, но возможно образование окислов на краях. Мощность лазера и скорость тщательно подбираются, чтобы с первого раза достичь идеального результата.
• Нержавеющая сталь. Для работы с нержавейкой применяют азот, чтобы предотвратить окисление и обеспечить чистоту кромку. Материал сложнее поддается резке из-за высокой теплопроводности, однако подходящий лазер способен создать аккуратный срез даже на толстых листах.
• Алюминий. Алюминий отличается высокой отражающей способностью, поэтому его резка требует мощного оборудования. Возможно также использование инертного газа для предотвращения окисления. Обработка производится на невысоких скоростях, чтобы избежать деформаций.
• Латунь. Латунь режется хорошо, но могут возникнуть сложности из-за ее отражательной способности. Оптимальные результаты достигаются при использовании инертного газа под высоким давлением и оптоволоконного лазера.

Понимание особенностей материалов и факторов, влияющих на качество реза, позволяет использовать лазерную резку для создания сложных и уникальных изделий в самых разных отраслях, от промышленности до мебельной индустрии.