Zobrazení:30 Autor:Editor webu Čas publikování: 2017-10-12 Původ:Stránky
Obrys
• Parametry zpracování materiálu
• Popis procesu
• Mechanismy řezání laserem
Vliv hustoty výkonu
• Hustota výkonu je klíčový proces
• Hustota výkonu (intenzita) = P / pr2
Procesní proměnné pro zpracování materiálu
• Další důležité procesní proměnné:
Doba interakce a graf empirického procesu
• Doba interakce, t = 2 r / v
kde r = poloměr nosníku a v = rychlost
Konstrukční ocel
Řezání
• Laserové řezání je schopno řezat rychleji a kvalitněji než konkurenční procesy:
- Punch, plazma, abrazivní vodní paprsek, ultrazvukové, oxyflame, řezání a frézování
• Může být automatizováno
• 80% průmyslové lasery v Japonsku se používají pro řezání kovů
Typické nastavení řezání
Procesní charakteristiky
• Jedná se o jeden z rychlejších řezacích procesů.
• Obrobek nepotřebuje upínání, ale je žádoucí držení dílu, aby se zabránilo posunu při akceleraci stolu a při lokalizaci při použití CNC programu.
• Opotřebení nástroje je nulové, jelikož proces je proces obrábění bez kontaktu.
• Řezy mohou být prováděny v jakémkoliv směru. Polarizace může ovlivnit efektivitu procesu.
• Hladina hluku je nízká.
• Tento proces lze snadno automatizovat s dobrými vyhlídkami na adaptivní řízení v budoucnu.
• Žádné drahé změny nástrojů nejsou převážně "měkké". To jsou jen změny programování. Tento proces je tedy velmi flexibilní.
• Některé materiály mohou být střiženy, ale může dojít k problému svařování mezi vrstvami.
• Téměř všechny technické materiály mohou být řezány. Mohou být drobivé, křehké, elektrické vodiče nebo nevodiče, tvrdé nebo měkké.
- Pouze velmi odrazivé materiály, jako je hliník a měď, mohou představovat problém, ale s řádným řízením paprsku je možné tyto řezy uspokojivě řezat.
Reakce procesu
• Řez může mít velmi úzkou šířku křivek, což značně šetří materiál. (Kerf je šířka řezaného otvoru)
• Řezané hrany mohou být čtvercové a nejsou zaoblené, jako u většiny procesů s vysokým proudem nebo jinými technikami tepelného řezání.
• Řezná hrana může být hladká a čistá. Jedná se o hotový řez, který nevyžaduje žádné další čištění či ošetření.
• Řezaná hrana může být přímo svařena s malou až žádnou povrchovou přípravou.
• Neexistuje žádný břit jako u mechanických řezných technik. Přirozené adheze lze obvykle zabránit.
• Existuje velmi úzká HAZ (tepelně postižená zóna) a velmi tenká zpevněná vrstva o malém μm, zvláště na bezprašných řezech. Existuje zanedbatelné zkreslení.
• Nerezové řezy mohou být vyrobeny v některých materiálech, zejména v těch, které jsou těkavé, jako je dřevo nebo akryl.
• Hloubka řezu závisí na výkonu laseru. 10-20mm je aktuální rozsah pro vysoce kvalitní řezy. Některé vysoce výkonné vláknové lasery by mohly snížit 50 mm.
Dross
Procesní mechanismy
• Světelný paprsek je veden přes naprogramovanou dráhu a odstraňuje se materiál v důsledku několika mechanismů.
• Tavení
- Materiál, který vykazuje roztavenou fázi s nízkou viskozitou, zejména kovy a slitiny, a termoplasty, jsou řezány účinkem ohřevu svazku hustoty výkonu řádově 104Wmm-2
- Tavenina je napomáhána smykovým účinkem proudu inertního nebo aktivního pomocného plynu, což vede k vytvoření roztaveného kanálu přes materiál nazývaný kerf (štěrbina).
• Odpařování
- Vhodné pro materiály, které nejsou snadno roztavené (některé sklenice, keramika a kompozity)
- Materiály lze řezat odpařováním, které je vyvoláno vyšší hustotou výkonu paprsku (> 104Wmm-2)
• Chemická degradace
- V mnoha organických materiálech může vzniknout chemická degradace způsobená zahříváním paprsku.
Mechanismus odstraňování materiálu v různých materiálech
Stříkání taveniny inertním plynem nebo roztavení a vyfukování
Melt and Blow
• Jakmile se vytvoří otvor pro průnik nebo řez se spustí z okraje
• Dostatečně silný tryskový plyn by mohl roztavit roztavený materiál z řezaného křoví, aby se zabránilo dalšímu zvýšení teploty na teplotu varu.
• Řezání pomocí trysky inertního plynu vyžaduje pouze jednu desetinu výkonu potřebného pro odpařování
• Uvědomte si, že poměr latentního tepla tání k odpařování je 1:20.
Modelování procesu
Melt and Blow
• Skupina [P / tV] je konstantní pro řezání daného materiálu daným paprskem.
Řezací akce
• Světelný paprsek dopadá na povrch
- Většina paprsku prochází do díry nebo křídla
- Některé se odrážejí z neleštěného povrchu
- někteří mohou projít rovnou.
• Při pomalých rychlostech začíná tavenina na přední hraně paprsku a většina paprsku prochází čistou částí bez dotyku, pokud je materiál dostatečně tenký.
Podrobný mechanismus foukání tavení
• Absorpce se provádí dvěma mechanismy:
- Především absorpcí Fresnel, tj. Přímou interakcí paprsku s materiálem -
- Plasmovou absorpcí a opakovanou dávkou. Plazma vzniká při řezání není příliš důležitá kvůli tomu, že plyn vyfouká.
• Hustota výkonu na čelní straně řezu je Fsinq. To způsobí tavení, které je pak odvzdušněno silami tahu z rychle proudícího proudu plynu.
• V dolní části je tavenina tlustá kvůli zpomalení fólie a povrchovému napětí zpomalující taveninu při opuštění.
• Proud plynu vysouvá roztavené kapičky na bázi
řezání do atmosféry.
Vytvoření strizení
• Při zvýšení řezné rychlosti je paprsek automaticky spojen s obrobkem efektivněji kvůli sníženým ztrátám v kerf.
• Také nosník má sklon k jízdě dopředu na nehořlavý materiál. Když k tomu dojde, hustota výkonu se zvyšuje, protože povrch není skloněn.
• Tavenina postupuje rychleji a je posunuta dolů do kerf jako krok. Jakmile je krok zatažený, zanechává za okrajem značku nazvanou pruhy.
• Příčina střihů je sporná, existuje mnoho teorií:
- Teorie kroků
- kritická velikost kapiček, která způsobuje, že tavenina pulsuje ve velikosti předtím, než může být vyfukována
- Teorie bočně hořící.
• Existují podmínky, při kterých nedochází k žádné pruhy. Ty se řídí průtokem plynu nebo pulzováním při frekvenci přirozeného pruhu.
Striace
Reaktivní fúzní řezání
• Pokud je pomocný plyn schopen exotermicky reagovat, do procesu se přidá další zdroj tepla.
• Plyn, který prochází skrz kerf, nejen táhne taveninu, ale také reaguje s taveninou.
• Obvykle je reaktivním plynem kyslík nebo směs obsahující kyslík.
• Hořící reakce začíná obvykle při teplotě vznícení nahoře.
• Oxid je tvořen a je vyfukován do kerf a zakryje taveninu dolů, což zpomaluje reakci a může dokonce způsobit zlomení pruhů.
Reaktivní fúze.
• Množství energie dodávané reakcí hoření se mění s materiálem
- u měkké / nerezové oceli je to 60%
- s reaktivním kovem jako je titan je asi 90%.
• Rychlost řezání se může pomocí této techniky zdvojnásobit.
• Typicky je rychlejší řez, menší průnik tepla a lepší kvalita.
• Chemická změna obrobku se může objevit v důsledku reaktivní fúze.
- S titanem to může být kritické, protože okraj bude mít nějaký kyslík v něm a bude těžší a pravděpodobnější praskání.
- U měkké oceli není pozorovatelný účinek s výjimkou velmi tenké ztuhlé vrstvy oxidu na povrchu.
Reactive Fusion ...
• Síra je oxid (místo kovu)
- Měkká ocel dobře proudí a nedrží se na základním kovu
- U nerezavějící oceli je oxid tvořen složkami s vysokou teplotou tání, jako je Cr2O3 (teplota tání ~ 218 ° C), a tím se zmrazí rychleji, což způsobuje problém s trosky.
- Hliník vykazuje podobné chování
• Kvůli reakci na hoření se zavádí další příčina střihů
- Při pomalém řezání (nižší než reakční rychlosti hoření) se dosáhne teploty vznícení a spalování bude probíhat od bodu vznícení, který pokračuje směrem ven ve všech směrech.
Striace při řezání reaktivním jádrem
Kontrolovaný proces zlomeniny
• křehký materiál je citlivý na tepelné zlomeniny, může být rychle a úhledně odříznut vedením trhliny s jemným bodem vyhřívaným laserem
• Laser ohřívá malý objem povrchu, což způsobuje jeho roztažení, a tudíž způsobuje napětí v tahu všude kolem
• Pokud dojde k prasknutí v tomto prostoru, působí jako stresovač a prasknutí bude pokračovat směrem k horkému bodu
• Rychlost, s jakou může být trhlina vedena, je řádu m / s
• Když se trhlina blíží okraji, stresové pole se stávají složitějšími
Kontrolovaná zlomenina
• Výhody:
- Rychlost, kvalita hran a přesnost jsou velmi dobré při řezání skla.
- Účinný pro rovný řez
• Nevýhody:
- Obtížné vytvářet profilované řezy, jako například pro výrobu zrcátek s křídly automobilu
- Obtížné modelovat a předvídat v blízkosti okrajů
Rozsah zpracování pro řízenou zlomeninu
Scribing
• Jedná se o proces vytváření drážky nebo řady otvorů, které zcela nebo částečně pronikají
• To dostatečně oslabuje strukturu tak, aby mohlo být mechanicky rozlomeno
• Obvykle jsou zpracovávány materiály ze silikonových třísek a substrátů z oxidu hlinitého
• Kvalita je měřena nedostatkem odpadu a oblastí s nízkým ohněm
• Takto nízkoenergetické impulsy s vysokou hustotou energie se používají k odstranění materiálu hlavně jako páry
Odstředivé řezání
• Soustředěný paprsek při odpařování nejprve zahřeje povrch na bod varu a vytvoří klíčovou dírku.
• Klíčová dírka způsobuje náhlý nárůst absorptivity v důsledku několika odrazů a otvor se rychle prohlubuje.
• Jak se prohlubuje, vytváří se pára a uniká vyfukování z vývrtu nebo zdi a stabilizuje roztavené stěny otvoru
• Jedná se o obvyklý způsob řezání pro pulzní lasery nebo řezání materiálů, které se neroztaví, jako je dřevo, uhlík a některé plasty.
Vaoporizace
• Rychlost průniku paprsku do obrobku lze odhadnout ze soustředění
výpočet tepelné kapacity za předpokladu
- 1D tepelný tok
- Vedení je ignorováno
- Rychlost pronikání je podobná nebo rychlejší než rychlost vedení
- objem odebrán za sekundu na jednotku plochy = rychlost pronikání, V m / s
Vypařování
Řezání za studena
• Vysoce výkonné lasery s UV-Excimerem vykazují studené řezání
- Energie ultrafialového fotonu je 4,9 eV, což je podobné energii vazby pro mnoho organických materiálů.
- Pokud je taková fotonová struktura zasažena, může se rozlomit
- Když toto záření vyzařuje na plast s dostatečným tokem fotonů, že existuje nejméně jeden foton / vazba, pak materiál zmizí bez ohřevu, čímž opustí otvor bez poškození hran nebo okrajů
Účinky velikosti místa
• Hlavními parametry jsou výkon laseru, rychlost posuvu, velikost skvrn a tloušťka materiálu.
• Bodová velikost působí dvěma způsoby:
- Za prvé, pokles spotové velikosti zvýší hustotu výkonu, která ovlivňuje absorpci a
- Za druhé sníží šířku řezu.
• Lasery se stabilním výkonem a režimy nízké objednávky - obvykle pravé režimy TEMoo výrazně lépe než jiné režimy
Vlnová délka
• Čím kratší je vlnová délka, tím větší absorpční schopnost pro většinu kovů
• Radiační záření YAG je upřednostňováno radiací CO2, ale struktura nejhoršího režimu
YAG lasery je kompenzován
• Vláknové lasery s dobrým světlem by mohly mít výhodu.
souhrn
• Základy řezání laserem
• Mechanismy
• Faktory ovlivňující řezání laserem