Storų plokščių pjovimo lazeriu techniniai sunkumai ir sprendimai
Nuolat tobulėjant pramoninės gamybos technologijoms, pjovimas lazeriu buvo plačiai naudojamas metalo apdirbimo srityje dėl didelio tikslumo, didelio efektyvumo ir bekontakčio apdorojimo privalumų. Tačiau pjovimo lazeriu technologija susiduria su daugybe iššūkių pjaunant storesnes plokštes. Šiuo tyrimu siekiama sistemingai išanalizuoti techninius sunkumus, su kuriais susiduriama pjaustant storas plokštes lazeriu, ir pasiūlyti atitinkamus sprendimus, kad būtų pateiktos teorinės gairės ir techninė nuoroda pramonės praktikai.
Pjovimo lazeriu technologija buvo nuolat tobulinama nuo mažos galios iki didelės galios ir nuo plonos plokštės iki storos plokštės. Šiuo metu pjovimas lazeriu plačiai naudojamas automobilių gamyboje, aviacijos erdvėje, laivų statyboje ir kitose srityse. Tačiau didėjant medžiagos storiui, vis labiau išryškėja pjovimo kokybės, efektyvumo ir sąnaudų problemos, kurias reikia skubiai išnagrinėti ir nuodugniai išspręsti.
1.Pagrindiniai techniniai sunkumai pjaustant storą plokštę lazeriu
Pagrindinė problema, su kuria susiduriama pjaustant storą plokštę lazeriu, yra reikšmingas spindulio kokybės pablogėjimas didėjant pjovimo gyliui. Kadangi lazeris prasiskverbs į storesnes medžiagas, daug kartų atsispindės ir išsisklaidys, todėl energijos tankis pasiskirstys netolygus, o tai savo ruožtu turi įtakos pjovimo kokybei. Tyrimai parodė, kad kai pjovimo storis viršija 20 mm, lazerio spindulio fokusavimo charakteristikos labai pablogės, todėl siauro pleišto -formos defektų apačioje bus platus įpjovimas.
Antra, nereikėtų ignoruoti{0}}šilumos paveiktos zonos, susidariusios pjaustant storą plokštę. Dėl prasto storos plokštės šilumos laidumo lazerio energija kaupiasi medžiagos viduje, todėl plečiasi šilumos-veikiama zona, o tai gali sukelti medžiagos mikrostruktūros pokyčius ir padidėti liekamasis įtempis. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad pjaunant 30 mm storio anglinį plieną, karščio paveiktos zonos plotis gali būti iki 3–5 kartų didesnis nei pjaunant ploną plokštę, o tai labai paveikia mechanines medžiagos savybes.
Šlako sukibimas ir pjovimo paviršiaus šiurkštumo padidėjimas yra dar vienas svarbus techninis sunkumas. Pjaustant storą plokštelę, išlydytą metalą sunku visiškai nupūsti pagalbinėmis dujomis, o pjūvio apačioje lengva susidaryti šlako sankaupą. Tuo pačiu metu dėl nestabilios energijos sąnaudos pjovimo paviršiuje dažnai atsiranda akivaizdžių dryžių ir nelygybių. Statistika rodo, kad kai plokštės storis viršija 25 mm, pjovimo paviršiaus šiurkštumo Ra vertė gali siekti 2-3 kartus daugiau nei plonos plokštės pjovimo.
2. Techninių sunkumų, susijusių su storos plokštės pjovimu lazeriu, sprendimas
Spindulio kokybės problemoms spręsti lazerio parametrų optimizavimas yra tiesiausias sprendimas. Padidinus lazerio galią (paprastai reikia daugiau nei 6 kW), sureguliuokite impulsų dažnį ir darbo ciklą, galite pagerinti energijos įsiskverbimo gylį. Tuo pačiu metu naudojant dinaminę fokusavimo sistemą galima automatiškai reguliuoti fokusavimo padėtį pjovimo proceso metu, kad būtų išlaikytas geriausias energijos tankio pasiskirstymas. Eksperimentai įrodė, kad naudojant 12 kW galios skaidulinį lazerį su dinaminio fokusavimo technologija galima efektyviai nupjauti 40 mm storio nerūdijančio plieno plokštę.
Kontroliuojant šilumos{0}}veikiamą zoną, naujos pjovimo galvutės technologijos kūrimas yra labai svarbus. Naudojant svyruojančią pjovimo galvutę arba sijos svyravimo technologiją, galima išsklaidyti šilumos patekimą ir sumažinti vietinį perkaitimą. Be to, tikslus pagalbinių dujų valdymas (pvz., naudojant aukšto -slėgio azotą arba specialius dujų mišinius) gali efektyviai atvėsinti pjovimo zoną. Tyrimai parodė, kad aušinimo dujomis ir pertraukiamo pjovimo strategijų derinimas gali sumažinti šilumos paveiktą zoną daugiau nei 40 % 30 mm storio aliuminio lydinių.
Norint išspręsti šlako problemą, labai svarbu tobulinti pagalbinių dujų sistemą. Dviejų dujų purkštukų konstrukcija (vidinės aukšto slėgio dujos, kad pašalintų šlaką, ir išorinės apsauginės dujos, kad būtų išvengta oksidacijos), gali žymiai pagerinti pjovimo kokybę. Be to, optimizuotas pjovimo kelio planavimas ir realiuoju laiku įdiegtų stebėjimo-sistemų (pvz., vaizdinių jutiklių arba akustinio stebėjimo) įdiegimas gali laiku aptikti šlako kaupimąsi ir su jais susidoroti. Praktika rodo, kad šios priemonės gali sumažinti šlako likučių normą pjaustant storas plokštes daugiau nei 60%.