Оборудование и технологические процессы лазерной обработки материалов.

Статья о лазерной резке в журнале МТТ (№5 май 2008г.)

Лазерной обработкой удается реализовать такой широкий круг технологических процессов и методов обработки материалов (резка, сварка, микро-сверление, наплавка, маркировка, закалка, и др.), который недоступен другим видам оборудования и технологиям.

Технические возможности оборудования «HAN*S LASER» и варианты применения лазеров для резки металлов и других материалов – в настоящей статье.

Обрабатываемые материалы. Для лазерной резки доступны такие материалы как углеродистая, конструкционная, трансформаторная и нержавеющая стали; алюминиевые сплавы, титан, медь, керамика, графит, дерево, фанера, плотный картон, наждачная бумага, резина, стекло, различные виды пластиков (в том числе оргстекло), кожа и другие материалы – что определяет широкий спектр отраслей, в которых применима лазерная резка.

Рис. 1. Лазерный раскройный комплекс G3015 (портального типа).

Точность обработки. Одним из преимуществ лазерной резки над другими видами обработки листового материала является точность резки. Так, например, точность позиционирования при гидроабразивной резке составляет +/– 0,2мм, точность резки +/–0,15мм. При лазерной резке точность позиционирования ± 0,03мм, а точность (повторяемость) резки ±0,01мм – что является определяющим фактором при необходимости выбора способа резки для технологической операции, после которой дополнительная обработка с целью «подгонки» размера экономически нецелесообразна.

В дополнение к этому, качество поверхности кромки после порезки лазером достигает Ra ≤ 3,2 – 12,5мкм (при толщине стального листа от 0,5 до 12мм) – при этом следует отметить прямоугольность кромок после порезки – что для конкурирующих способов обработки (гидроабразив, плазма) недоступно. При гидроабразивной резке качество поверхности составляет Rz 20-60мкм . В отличие от газоплазменной резки, механические свойства металла в зоне резания лазером практически не изменяются, а окалинообразование сведено к минимуму.

Толщина обработки. Диапазон толщин, обрабатываемый лазерной резкой 0,5-40мм, в зависимости от обрабатываемого материала и мощности лазера. В отдельных случаях возможна порезка металла от 0,2мм (проблема с плоскостностью листа).

Производительность. Производительность лазерной резки определяется скоростью резки и степенью автоматизации оборудования.

В общем случае скорость лазерной резки составляет 1-9м/мин (при толщине обрабатываемого металла 26-0,5мм соответственно). Максимальная скорость резки и максимальная толщина разрезаемого материала, как правило, пропорциональны выходной мощности лазера. Зависимость скорость/толщина резания от материала и мощности лазера приведена на Рис. 2.

Рис. 2. Режимы резания для лазера мощностью 2000Вт.

Для достижения максимальной производительности компания «HAN*S LASER» предлагает модели «премиум класса» с лазерными генераторами всемирно известной компании «ROFIN» — европейский лидер в производстве промышленных лазеров. Данное оборудование опционно оснащается системой управления «SIEMENS». Лазерные генераторы «ROFIN» серии DC (diffusion-cooled) не требуют охлаждающего газа для оптической системы, что снижает затраты на расходные материалы (газ) и упрощает техническое обслуживание.

Инвестиции. Следующий фактор для сравнения способов обработки – цена оборудования.

Если раньше при выборе оборудования в пользу гидроабразивной и плазменной резки главным образом выступала менее высокая цена оборудования по сравнению с лазерной резкой, то в последние годы наметилась тенденция к снижению стоимости последнего.

Компания «HAN*S LASER», следуя мировым тенденциям, имеет в линейке производимого оборудования как «High-Tech» модели, обладающие максимальной производительностью и степенью автоматизации, так и две «бюджетные» модели — M1812 и B1275, которые по уровню цены легко конкурируют не только с оборудованием для гидроабразивной резки, но и с оборудованием для плазменной резки.

Примеры применения лазерной резки. Необходимо упомянуть о таком примере применения лазерного резания как резание неметаллических материалов: резание древесного материала для использования его в качестве матричных досок для упаковочной промышленности. Именно гибкость лазерной резки, а также высокий уровень точности и качества резания являются теми факторами, которые делают этот тип лазерной обработки интересным для применения в этом случае. После завершения работы лазера в пазы вставляются изогнутые ножи; это позволяет отрезать упаковочный материал или картон необходимого размера и сложной формы.

Для упаковочной (матричные доски) и рекламной промышленности (пластиковые рекламные вывески с подсветкой) а также для заготовительного производства, где требуется раскрой металла средней (до12мм) толщины при небольших объёмах производства компания «HAN*S LASER» специально разработала «бюджетную» модель М1812 (Рис.3.), которая комплектуется лазерными генераторами 1200 и 2000 Вт.

Эта модель также применима для мебельной промышленности и изготовления художественного паркета.

Переменные затраты. Однако, кроме первоначальных затрат на приобретение оборудования (инвестиции), при выборе оборудования определяющим фактором являются также «затраты на единицу продукции» (переменные затраты), в нашем случае – затраты на 1 метр реза.

Так, производственные затраты для установки гидроабразивной резки (насос 4130 атм.) составляют порядка 110 грн./час. При обработке углеродистой стали толщиной 1,5мм, скорость обработки составит 800мм/мин. Затраты на 1м реза, таким образом, составят 2,30 грн.

При лазерном раскрое листа углеродистой стали толщиной 1,5мм (лазер 2000Вт) производственные затраты составляют порядка 20грн./час (газ для генератора He/N2/CO2, режущий газ O2, электроэнергия). В данном случае скорость резания составит порядка 7м/мин. Затраты на 1м реза, таким образом, составят 0,05 грн.

Становится очевидным, что лазерная резка уступает гидроабразивной только в перечне обрабатываемых материалов и в большем диапазоне обрабатываемых толщин, а газоплазменную превосходит практически по всем параметрам. «Универсальность» в рассмотренных примерах проигрывает «Специализации».

Основные технические характеристики лазерных раскройных комплексов «HAN*S LASER» с «летающей оптикой»

Наименование параметра	Модель
	B1275	B3015	G3015-2000	G3015-2500	G3015-4000
Лазерный генератор	CS 2000	CS 2000	CS 2000	DC 2500 (ROFIN), Germany	PRC 4000 (PRC), USA
Мощность лазера, Вт	2000	2000	2000	2500	4000
Рабочая зона обработки (по осям):
— X, мм	1280	3050	3050	3050	3050
— Y, мм	780	1550	1550	1550	1550
— Z, мм	150	150	120	120	120
Система управления (CNC)	PA 8000 NT (Germany)
CAM система оптимизации раскроя	«FastCAM» (USA)
Точность позиционирования X, Y	± 0,03мм	± 0,03мм	± 0,03мм	± 0,03мм	± 0,03мм
Повторяемость размеров при порезке	± 0,03мм	± 0,03мм	± 0,01мм	± 0,01мм	± 0,01мм
Скорость холостого хода (макс.)	30м/мин.	60м/мин.	40м/мин.	40м/мин.	40м/мин.
Скорость резки (макс.)	10м/мин.	10м/мин.	10м/мин.	10м/мин.	10м/мин.
Толщина резки (углеродистая сталь)	0,5-12мм	0,5-12мм	0,5-12мм	0,5-16мм	0,5-20мм
Нагрузка на рабочий стол (макс.)	200кг	800кг	800кг	800кг	800кг

Эксклюзивный дистрибьютор лазерных раскройных комплексов производства компании «HAN*S LASER» в Украине – компания «ВариТек».

К.А. Бобух, Коммерческий директор ООО «ВариТек».

49006, г. Днепропетровск,

спуск Турбинный 4

тел.: +38 (056) 790-84-01

тел./факс: +38 (056) 790-84-81

e-mail: bobuh@varitec.com.ua