Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Ла́зерне рі́зання (англ. laser cutting) — технологія термічного різання й розкроювання матеріалів, при якій як джерело енергії використовується лазер високої потужності. Сфокусований лазерний промінь, керований системою числового програмного керування забезпечує високу концентрацію енергії й дозволяє розтинати практично будь-які матеріали незалежно від їх теплофізичних властивостей. Випромінювання, з енергетичними параметрами які достатні для використання лазерів при технологічних процесах розрізання (розкроювання), має діапазон довжини хвиль від 0,4 до 10,6 мкм. Зокрема, для різання різних матеріалів найбільший ефект дає довжина хвилі 10,6 мкм, яка генерується газовими СО2-лазерами з активним середовищем суміші вуглецевого газу з азотом і гелієм. Випромінювання з цією довжиною хвилі добре поглинається більшістю неметалічних матеріалів і у дещо меншій мірі металевими сплавами. Матеріали з великим коефіцієнтом відбивання (мідь, алюміній) гірше піддаються лазерному різанню.
Загальні принципи
У процесі різання, під впливом лазерного променя матеріал у зоні розрізу плавиться, займається, випаровується та виноситься струменем газу, завдяки чому такий процес отримав назву «газолазерне різання». При використанні такої технології можна отримати вузькі прорізи з мінімальною зоною термічного впливу. Лазерне різання відрізняється відсутністю механічного впливу на матеріал оброблення завдяки чому при його використанні деформації, що виникають як у процесі різання, так і залишкові після повного остигання є мінімальними. Тому лазерне різання, навіть легкодеформованих й нежорстких заготовок та деталей, можна проводити з високим ступенем точності. Завдяки великій потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу у поєднанні з високою якістю поверхонь різання. Легке й порівняно просте керування переміщенням джерела лазерного випромінювання дозволяє проводити лазерне різання уздовж складного контуру плоских та об'ємних деталей (заготовок) за високого ступеня автоматизації процесу.
Матеріали обробки
Лазерне різання може застосовуватись до більшості видів сталі (маловуглецеві, низько- та високолеговані) у будь-якому стані у тому числі з покриттям, титану та його сплавів, цирконію, ніобію, танталу, нікелю і сплавів цих та інших кольорових металів. Зазвичай розрізають листи таких товщин:
- Сталь від 0,2 мм до 20 мм
- Неіржавна сталь від 0,2 мм до 50 мм
- Алюмінієві сплави від 0,2 мм до 20 мм
- Латунь від 0,2 мм до 12 мм
- Мідь від 0,2 мм до 15 мм
Для різних матеріалів застосовують різні типи лазерів.
Найкраще обробляються метали з низькою теплопровідністю, так як в них енергія лазера концентрується у меншому об'ємі металу, і навпаки, при лазерному різанні металів з високою теплопровідністю може утворюватись ґрат.
Також, обробці піддаються і неметали, такі як деревина, пластмаси, шкіра, гума, натуральні та синтетичні тканини. Крім того можливе різання неорганічних матеріалів: кераміки, кварцу, порцеляни, скла, азбесту, графіту, тощо.
Різновиди процесів
Для лазерного різання металів застосовують технологічні установки на основі твердотільних, волоконних лазерів та вуглекислотних лазерів, що можуть працювати як в безперервному, так і в імпульсно-періодичному режимах випромінювання. Промислове застосування газолазерного різання постійно зростає, хоча цей процес не може повністю замінити традиційні способи розділення металевих заготовок. У порівнянні з іншим устаткуванням для різання на виробництві вартість лазерного обладнання для різання є досить високою, хоча й намітилася тенденція до її зниження. У зв'язку з цим процес лазерного різання стає ефективним лише за умови обґрунтованого вибору області застосування, коли використання традиційних способів є трудомістким чи взагалі неможливим.
При різанні в імпульсному режимі безперервний розріз отримується в результаті послідовного накладення отворів один за одним. Імпульсний характер обробки забезпечує мінімальну глибину прогрівання матеріалу. Лазерні установки різних типів дозволяють вести обробку за наступних режимів: енергія випромінювання 0,1…1 мДж, тривалість імпульсу 0,01…100 мкс, густина потоку випромінювання досягає 100 МВт/см², частота імпульсів 100…5000 імп/с.
Лазери безперервної дії на вуглекислому газі потужністю від декількох сотень Вт до декількох кВт застосовують для газолазерного різання, при якому в зону дії лазерного променя подається струмінь газу. Газ вибирають залежно від виду оброблюваного матеріалу. При різанні дерева, фанери, пластиків, паперу, картону, текстильних матеріалів в зону обробки подається повітря або інертний газ, які охолоджують краї розрізу і перешкоджають згоранню матеріалу і розширенню розрізу. При різанні більшості металів, скла, кераміки струмінь газу видуває із зони дії променя розплавлений матеріал, що дозволяє отримувати поверхні з малою шорсткістю і забезпечує високу точність різання. При різанні маловуглецевих чи легованих сталей та титану в зону нагрівання подається струмінь кисню. В результаті екзотермічної реакції окиснення металу виділяється додаткове тепло, що дозволяє значно підвищити швидкість різання. Характерні режими газолазерного різання: потужність випромінювання 300…3000 Вт (для високопродуктивних установок – до 6 кВт), густина потоку випромінювання в зоні обробки від 100 до 106 кВт/см², ширина різу 0,3…1 мм товщина матеріалу, що розрізається, до 10 мм; швидкість різання залежить від товщини і властивостей оброблюваного матеріалу і може бути від 0,5 до 10 м/хв, для тонких матеріалів (папір, тканина) до 50 м/хв і більше.
Лазери на вуглекислому газі застосовують для різання крихких матеріалів (скло, кераміка) методом керованого термічного розколювання. При локальному нагріві матеріалу по траєкторії руху променя створюється термічне напруження, що перевищує границю міцності матеріалу. Тріщина, що виникає, розвивається услід за променем, траєкторія якого може мати складну форму. Швидкість різання досягає декількох м/хв. Кероване термічне розколювання застосовується при різанні скляних трубок у виробництві електровакуумних приладів, керамічних підкладок інтегральних схем, для різання листового та фасонного скла.
Енергоспоживання та охолодження при роботі
Ефективність промислових лазерів може варіюватися від 5 % до 15 %. Енергоспоживання та ефективність будуть залежати від вихідної потужності лазера, його робочих параметрів і того, наскільки добре лазер підходить для конкретної роботи. При визначенні доцільності використання того чи іншого типу лазера враховується як вартість лазера в сукупності з обладнанням, що його обслуговує, так і вартість утримання та обслуговування лазера. У 2010-х роках експлуатаційні витрати оптоволоконного лазера становили близько половини від експлуатаційних витрат вуглекислотного лазера.
Лазер і його оптика (включаючи фокусуючі лінзи) потребують охолодження. Залежно від розмірів і конфігурації установки, надлишок тепла може бути відведено теплоносієм або повітряним обдуванням. Вода, що часто застосовується як теплоносій, зазвичай циркулює через теплообмінний апарат або холодильну установку.
Величина потужності, що споживається для різання, залежить від типу матеріалу обробки, його товщини, середовища обробки, швидкості обробки
Переваги
Лазерне різання має низку очевидних переваг перед багатьма іншими способами розрізування та розкрою а саме:
- мала ширина різу і невелика глибина зони термічного впливу;
- відсутність механічного контакту дозволяє обробляти крихкі і деформівні матеріали;
- обробці легко піддаються матеріали з твердих сплавів;
- можливим є високошвидкісне різання тонколистової сталі, що збільшує перспективи використання у крупносерійному виробництві;
- відсутність шкідливих відходів при різанні склопластиків;
- висока ефективність у дрібносерійному виробництві (при випуску невеликих партій продукції доцільніше провести лазерне розкроювання матеріалу, ніж виготовляти для цього дорогі прес-форми або форми для лиття);
- простота автоматизації процесу: для автоматичного розкрою матеріалу досить підготувати файл малюнка в будь-якій креслярської програмі і перенести файл на комп'ютер установки, яка забезпечить мінімальні похибки;
- оплавлення країв розрізу синтетичних текстильних матеріалів запобігає їх розпусканню
Лазерна порізка металу застосовується практично у всіх галузях промисловості, завдяки відсутності подальшої обробки і високої продуктивності даного методу. Вироби, виготовлені за допомогою лазерного розкрою, відрізняє висока якість контуру оброблення та економічність виробництва. При лазерній обробці однаково вигідно виробляти як великі партії так і дослідні експериментальні зразки. Довільний контур обробки дозволяє виробляти широку номенклатуру виробів на одному верстаті.
Див. також
Джерела
- Корж В. М. Газотермічна обробка матеріалів:Навчальний посібник. — К. : Екотехнологія, 2005. — 195 с. — .
- Черненко В. С., Кіндрачук М. В., Дудка О. І. Променеві методи обробки: Навч. посібник. — К. : Кондор, 2004. — 166 с. — .
- Коваленко В. С. Прогрессивные методы лазерной обработки материалов. — К. : Вища школа, 1985. — 88 с.
- Астапчик С. А., Голубев В. С., Маклаков А. Г. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. — Минск : Беларуская навука, 2008. — 251 с. — .
- Colin E. Webb, Julian D.C. Jones. Handbook Of Laser Technology And Applications (Справочник по лазерным технологиям и их применению) book 1. IOP. ISBN .
- Colin E. Webb, Julian D.C. Jones. Handbook Of Laser Technology And Applications (Справочник по лазерным технологиям и их применению) book 2. IOP. ISBN .
- Steen, Wlliam M. (1998). Laser Material Processing (вид. 2nd edition). Great Britain: Springer-Verlag. ISBN .
- Малоотходные процессы резки лучом лазера / В.С. Коваленко, В.В. Романенко, Л. М. Олещук.— К.: Техніка, 1987.—112 с, ил.— Библиогр.: с 109—111 [ 17 березня 2018 у Wayback Machine.]
Посилання
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Лазерне різання |
- Лазерная резка [ 9 жовтня 2013 у Wayback Machine.] (рос.)
- Оборудование для лазерной резки [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.] (рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
La zerne ri zannya angl laser cutting tehnologiya termichnogo rizannya j rozkroyuvannya materialiv pri yakij yak dzherelo energiyi vikoristovuyetsya lazer visokoyi potuzhnosti Sfokusovanij lazernij promin kerovanij sistemoyu chislovogo programnogo keruvannya zabezpechuye visoku koncentraciyu energiyi j dozvolyaye roztinati praktichno bud yaki materiali nezalezhno vid yih teplofizichnih vlastivostej Viprominyuvannya z energetichnimi parametrami yaki dostatni dlya vikoristannya lazeriv pri tehnologichnih procesah rozrizannya rozkroyuvannya maye diapazon dovzhini hvil vid 0 4 do 10 6 mkm Zokrema dlya rizannya riznih materialiv najbilshij efekt daye dovzhina hvili 10 6 mkm yaka generuyetsya gazovimi SO2 lazerami z aktivnim seredovishem sumishi vuglecevogo gazu z azotom i geliyem Viprominyuvannya z ciyeyu dovzhinoyu hvili dobre poglinayetsya bilshistyu nemetalichnih materialiv i u desho menshij miri metalevimi splavami Materiali z velikim koeficiyentom vidbivannya mid alyuminij girshe piddayutsya lazernomu rizannyu source source source source source source source Lazerne rizannya stalevogo lista video Lazerne rozkroyuvannya listovogo materialu Kreslenik detali vgori i detal z neirzhavnoyi stali vigotovlena metodom lazernogo rizannya vnizu Zagalni principiU procesi rizannya pid vplivom lazernogo promenya material u zoni rozrizu plavitsya zajmayetsya viparovuyetsya ta vinositsya strumenem gazu zavdyaki chomu takij proces otrimav nazvu gazolazerne rizannya Pri vikoristanni takoyi tehnologiyi mozhna otrimati vuzki prorizi z minimalnoyu zonoyu termichnogo vplivu Lazerne rizannya vidriznyayetsya vidsutnistyu mehanichnogo vplivu na material obroblennya zavdyaki chomu pri jogo vikoristanni deformaciyi sho vinikayut yak u procesi rizannya tak i zalishkovi pislya povnogo ostigannya ye minimalnimi Tomu lazerne rizannya navit legkodeformovanih j nezhorstkih zagotovok ta detalej mozhna provoditi z visokim stupenem tochnosti Zavdyaki velikij potuzhnosti lazernogo viprominyuvannya zabezpechuyetsya visoka produktivnist procesu u poyednanni z visokoyu yakistyu poverhon rizannya Legke j porivnyano proste keruvannya peremishennyam dzherela lazernogo viprominyuvannya dozvolyaye provoditi lazerne rizannya uzdovzh skladnogo konturu ploskih ta ob yemnih detalej zagotovok za visokogo stupenya avtomatizaciyi procesu Materiali obrobkiLazerne rizannya mozhe zastosovuvatis do bilshosti vidiv stali malovuglecevi nizko ta visokolegovani u bud yakomu stani u tomu chisli z pokrittyam titanu ta jogo splaviv cirkoniyu niobiyu tantalu nikelyu i splaviv cih ta inshih kolorovih metaliv Zazvichaj rozrizayut listi takih tovshin Stal vid 0 2 mm do 20 mm Neirzhavna stal vid 0 2 mm do 50 mm Alyuminiyevi splavi vid 0 2 mm do 20 mm Latun vid 0 2 mm do 12 mm Mid vid 0 2 mm do 15 mm Dlya riznih materialiv zastosovuyut rizni tipi lazeriv Najkrashe obroblyayutsya metali z nizkoyu teploprovidnistyu tak yak v nih energiya lazera koncentruyetsya u menshomu ob yemi metalu i navpaki pri lazernomu rizanni metaliv z visokoyu teploprovidnistyu mozhe utvoryuvatis grat Takozh obrobci piddayutsya i nemetali taki yak derevina plastmasi shkira guma naturalni ta sintetichni tkanini Krim togo mozhlive rizannya neorganichnih materialiv keramiki kvarcu porcelyani skla azbestu grafitu tosho Riznovidi procesivFunkcionalna shema gazolazernogo rizaka Verstat Cincinnati CL 920 dlya lazernogo rizannya 2 kVt iterbiyevij volokonnij lazer Dlya lazernogo rizannya metaliv zastosovuyut tehnologichni ustanovki na osnovi tverdotilnih volokonnih lazeriv ta vuglekislotnih lazeriv sho mozhut pracyuvati yak v bezperervnomu tak i v impulsno periodichnomu rezhimah viprominyuvannya Promislove zastosuvannya gazolazernogo rizannya postijno zrostaye hocha cej proces ne mozhe povnistyu zaminiti tradicijni sposobi rozdilennya metalevih zagotovok U porivnyanni z inshim ustatkuvannyam dlya rizannya na virobnictvi vartist lazernogo obladnannya dlya rizannya ye dosit visokoyu hocha j namitilasya tendenciya do yiyi znizhennya U zv yazku z cim proces lazernogo rizannya staye efektivnim lishe za umovi obgruntovanogo viboru oblasti zastosuvannya koli vikoristannya tradicijnih sposobiv ye trudomistkim chi vzagali nemozhlivim Pri rizanni v impulsnomu rezhimi bezperervnij rozriz otrimuyetsya v rezultati poslidovnogo nakladennya otvoriv odin za odnim Impulsnij harakter obrobki zabezpechuye minimalnu glibinu progrivannya materialu Lazerni ustanovki riznih tipiv dozvolyayut vesti obrobku za nastupnih rezhimiv energiya viprominyuvannya 0 1 1 mDzh trivalist impulsu 0 01 100 mks gustina potoku viprominyuvannya dosyagaye 100 MVt sm chastota impulsiv 100 5000 imp s Lazeri bezperervnoyi diyi na vuglekislomu gazi potuzhnistyu vid dekilkoh soten Vt do dekilkoh kVt zastosovuyut dlya gazolazernogo rizannya pri yakomu v zonu diyi lazernogo promenya podayetsya strumin gazu Gaz vibirayut zalezhno vid vidu obroblyuvanogo materialu Pri rizanni dereva faneri plastikiv paperu kartonu tekstilnih materialiv v zonu obrobki podayetsya povitrya abo inertnij gaz yaki oholodzhuyut krayi rozrizu i pereshkodzhayut zgorannyu materialu i rozshirennyu rozrizu Pri rizanni bilshosti metaliv skla keramiki strumin gazu viduvaye iz zoni diyi promenya rozplavlenij material sho dozvolyaye otrimuvati poverhni z maloyu shorstkistyu i zabezpechuye visoku tochnist rizannya Pri rizanni malovuglecevih chi legovanih stalej ta titanu v zonu nagrivannya podayetsya strumin kisnyu V rezultati ekzotermichnoyi reakciyi okisnennya metalu vidilyayetsya dodatkove teplo sho dozvolyaye znachno pidvishiti shvidkist rizannya Harakterni rezhimi gazolazernogo rizannya potuzhnist viprominyuvannya 300 3000 Vt dlya visokoproduktivnih ustanovok do 6 kVt gustina potoku viprominyuvannya v zoni obrobki vid 100 do 106 kVt sm shirina rizu 0 3 1 mm tovshina materialu sho rozrizayetsya do 10 mm shvidkist rizannya zalezhit vid tovshini i vlastivostej obroblyuvanogo materialu i mozhe buti vid 0 5 do 10 m hv dlya tonkih materialiv papir tkanina do 50 m hv i bilshe Lazeri na vuglekislomu gazi zastosovuyut dlya rizannya krihkih materialiv sklo keramika metodom kerovanogo termichnogo rozkolyuvannya Pri lokalnomu nagrivi materialu po trayektoriyi ruhu promenya stvoryuyetsya termichne napruzhennya sho perevishuye granicyu micnosti materialu Trishina sho vinikaye rozvivayetsya uslid za promenem trayektoriya yakogo mozhe mati skladnu formu Shvidkist rizannya dosyagaye dekilkoh m hv Kerovane termichne rozkolyuvannya zastosovuyetsya pri rizanni sklyanih trubok u virobnictvi elektrovakuumnih priladiv keramichnih pidkladok integralnih shem dlya rizannya listovogo ta fasonnogo skla Energospozhivannya ta oholodzhennya pri robotiEfektivnist promislovih lazeriv mozhe variyuvatisya vid 5 do 15 Energospozhivannya ta efektivnist budut zalezhati vid vihidnoyi potuzhnosti lazera jogo robochih parametriv i togo naskilki dobre lazer pidhodit dlya konkretnoyi roboti Pri viznachenni docilnosti vikoristannya togo chi inshogo tipu lazera vrahovuyetsya yak vartist lazera v sukupnosti z obladnannyam sho jogo obslugovuye tak i vartist utrimannya ta obslugovuvannya lazera U 2010 h rokah ekspluatacijni vitrati optovolokonnogo lazera stanovili blizko polovini vid ekspluatacijnih vitrat vuglekislotnogo lazera Lazer i jogo optika vklyuchayuchi fokusuyuchi linzi potrebuyut oholodzhennya Zalezhno vid rozmiriv i konfiguraciyi ustanovki nadlishok tepla mozhe buti vidvedeno teplonosiyem abo povitryanim obduvannyam Voda sho chasto zastosovuyetsya yak teplonosij zazvichaj cirkulyuye cherez teploobminnij aparat abo holodilnu ustanovku Velichina potuzhnosti sho spozhivayetsya dlya rizannya zalezhit vid tipu materialu obrobki jogo tovshini seredovisha obrobki shvidkosti obrobkiPerevagiLazerne rizannya maye nizku ochevidnih perevag pered bagatma inshimi sposobami rozrizuvannya ta rozkroyu a same mala shirina rizu i nevelika glibina zoni termichnogo vplivu vidsutnist mehanichnogo kontaktu dozvolyaye obroblyati krihki i deformivni materiali obrobci legko piddayutsya materiali z tverdih splaviv mozhlivim ye visokoshvidkisne rizannya tonkolistovoyi stali sho zbilshuye perspektivi vikoristannya u krupnoserijnomu virobnictvi vidsutnist shkidlivih vidhodiv pri rizanni skloplastikiv visoka efektivnist u dribnoserijnomu virobnictvi pri vipusku nevelikih partij produkciyi docilnishe provesti lazerne rozkroyuvannya materialu nizh vigotovlyati dlya cogo dorogi pres formi abo formi dlya littya prostota avtomatizaciyi procesu dlya avtomatichnogo rozkroyu materialu dosit pidgotuvati fajl malyunka v bud yakij kreslyarskoyi programi i perenesti fajl na komp yuter ustanovki yaka zabezpechit minimalni pohibki oplavlennya krayiv rozrizu sintetichnih tekstilnih materialiv zapobigaye yih rozpuskannyu Lazerna porizka metalu zastosovuyetsya praktichno u vsih galuzyah promislovosti zavdyaki vidsutnosti podalshoyi obrobki i visokoyi produktivnosti danogo metodu Virobi vigotovleni za dopomogoyu lazernogo rozkroyu vidriznyaye visoka yakist konturu obroblennya ta ekonomichnist virobnictva Pri lazernij obrobci odnakovo vigidno viroblyati yak veliki partiyi tak i doslidni eksperimentalni zrazki Dovilnij kontur obrobki dozvolyaye viroblyati shiroku nomenklaturu virobiv na odnomu verstati Div takozhLazer Lazerne zvaryuvannya Lazerne naplavlennya Gidroabrazivne rizannya Plazmove rizannyaDzherelaKorzh V M Gazotermichna obrobka materialiv Navchalnij posibnik K Ekotehnologiya 2005 195 s ISBN 966 8409 07 8 Chernenko V S Kindrachuk M V Dudka O I Promenevi metodi obrobki Navch posibnik K Kondor 2004 166 s ISBN 966 798 270 X Kovalenko V S Progressivnye metody lazernoj obrabotki materialov K Visha shkola 1985 88 s Astapchik S A Golubev V S Maklakov A G Lazernye tehnologii v mashinostroenii i metalloobrabotke Minsk Belaruskaya navuka 2008 251 s ISBN 978 985 08 0920 9 Colin E Webb Julian D C Jones Handbook Of Laser Technology And Applications Spravochnik po lazernym tehnologiyam i ih primeneniyu book 1 IOP ISBN 0 7503 0960 1 Colin E Webb Julian D C Jones Handbook Of Laser Technology And Applications Spravochnik po lazernym tehnologiyam i ih primeneniyu book 2 IOP ISBN 0 7503 0963 6 Steen Wlliam M 1998 Laser Material Processing vid 2nd edition Great Britain Springer Verlag ISBN 3 540 76174 8 Maloothodnye processy rezki luchom lazera V S Kovalenko V V Romanenko L M Oleshuk K Tehnika 1987 112 s il Bibliogr s 109 111 17 bereznya 2018 u Wayback Machine PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Lazerne rizannya Lazernaya rezka 9 zhovtnya 2013 u Wayback Machine ros Oborudovanie dlya lazernoj rezki 4 bereznya 2016 u Wayback Machine ros