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在光纤激光切割方面获得优势

发布时间:[2019-06-13 10:08:03]

这些天,速度是王道。高功率光纤激光器与自动化相结合可以为大量下游工艺提供动力。即使某些部件需要去毛刺,它也使现代金属制造非常高效。

如今,人们常常看到一台高功率光纤激光器重型激光切割机取代多台二氧化碳机器。制造商现在依靠更少的切割机来生产比以往更多的产品。话虽这么说,如果其中一台非常高效的光纤机器碰巧产生了需要重新切割的坏部件,那么所有这些效率提升都会消失。如果机器发生故障,停机时间会严重影响时间表,最糟糕的是,它会使工厂的其余部分挨饿。工作流程停滞不前。

您可以通过遵循机器上的一些最佳实践来避免这种情况,最重要的是,在嵌套和编程期间。

狭窄的焦点窗口

在CO₂激光切割方面经验丰富的操作员可能知道焦点时的经验法则。如果您正在采用放热过程进行切割 - 即使用氧气辅助气体 - 氧气是切割的真正催化剂。梁主要是预热材料。在这个意义上,氧气“捕获”来自激光器的热量并通过切口的厚度加速切割过程。

因此,当氧气切割操作员将CO 2激光束聚焦在材料表面的顶部或略高于材料表面时。这会集中光束的焦点 - 板顶部具有最多热量的区域,因此有助于刺激驱动切割过程的氧气反应。

当你用含有氮气辅助气体的CO₂激光切割时,会得到一个吸热过程。来自梁的热量熔化基础材料,氮气简单地将熔融材料从切口中排出。切口要小得多,而且有充分的理由; 切口越小,激光器需要移除的材料越少,切割的速度就越快。为了尽可能少地去除材料,操作者通常将光束聚焦在材料厚度的中心附近。在某些情况下,这也最小化了顶部边缘逐渐变细。

对于较厚的不锈钢或铝,操作员可能会将光束聚焦在切口底部附近。他可能无法达到最佳速度,但低焦点确实会产生最佳切割边缘和最少量的渣滓。在切口底部附近的所有集中热量都会在金属有可能在底部边缘凝固之前将金属排空。

在某些方面,光纤激光器在定位光束焦点时会改变规则。在某些材料之外(例如,0.5英寸厚或更大的不锈钢或铝),用氮气切割的光纤激光束几乎可以聚焦在材料厚度的任何地方 - 无论是靠近表面,中间还是靠近底部 - 梁不会失去切口。最佳焦点通常倾向于靠近材料的中间,有时靠近底部。

光纤激光器可以聚焦到整个材料厚度的各种位置 - 但这并不意味着它会很好地切割。实际上,对于某些材料,光纤激光器可能具有非常窄的最佳聚焦窗口,通常为±0.040英寸或甚至±0.020英寸。走出这个狭窄的窗口,边缘质量会迅速降低,从而导致浮渣形成。

多年来,机器制造商已经制定了各种材料等级的焦点。一些材料甚至具有两个最佳焦点,切口中的非常高或非常低,并且两者都产生非常好的边缘质量。无论如何,所有这些结果都已输入到机器的出厂设置中。如果这些出厂设置保持原样,那么焦点通常仍然是最佳的。除非机器切割的材料等级或厚度不在标准库中,否则很少需要调整焦点。即便如此,焦点调整可能非常小。

对于喷嘴间隙或喷嘴孔口与板材表面之间的空间也是如此。出厂设置通常介于0.030英寸和0.060英寸之间,但可能高达0.080英寸或低至0.010英寸,具体取决于应用。如果操作员改变喷嘴间隙,他会改变进行清洁切割所需的辅助气体量,从而改变整个过程的气体动力学。当然,这不利于削减一致性。

速度设置也是如此。对于有二氧化碳系统经验的操作员来说,速度设置似乎违反直觉,特别是对于高功率光纤系统(例如8千瓦)。是的,当切割较厚的材料时,最佳速度会变慢。但切割0.25英寸和更薄,更快的速度实际上可以产生更好的切割边缘。4千瓦的光纤激光器可能会在薄板和中板上产生浮渣。但在8千瓦的系统上,由于其功率和速度相结合,渣滓问题可能会消失,切割边缘变得更清洁,更清洁。

现代光纤激光器是非常可靠的机器,但它们也是真正的精密仪器。近年来,机器制造商通过测试和建立工厂设置来调整精度。稍微向上或向下更改设置,边缘质量可能会受到影响。

保持盖玻片清洁

制造商获得了一台新的光纤机器,并且正准备好让人惊叹,不仅仅是因为它具有惊人的速度,而且还有简单的维护。毕竟,操作员和维护技术人员不再需要担心镜子和气体谐振器。他们需要保持机器,冷却器和除尘器清洁,但这就是它。

安装和初始测试几天后,第一班的操作员进来并开始下一个工作,却发现机器正在产生可怕的切割。为什么?他检查了玻璃窗,找到了一个小点。那是罪魁祸首。他清理或简单地更换保护光纤激光器敏感光学系统的盖玻片窗口,他正在路上。

当然,不断更换盖玻璃窗的成本不仅可以增加盖玻璃本身,还可以增加停机时间。同样,由于吞吐量如此之大,停机成本也很高。这是现代光纤激光器(和CO 2)在穿孔过程中使用侧向空气射流的一个原因。特别是对于厚板,最佳穿孔具有设定的梁参数,使得熔融材料侧向突出 - 而不是直接向上覆盖到盖玻璃。

设置CO 2的穿孔可能是一件复杂的事情,需要调整和优化各种光束参数。例如,在厚的低碳钢上,您可能会有一个“钻孔”,其中焦点在整个循环中从高到低变化。所有这一切都是为了避免在系统从穿孔切割到切割时会造成严重破坏的熔融材料“堆积”。土墩可以甩掉头部的高度感应并向上移动,改变焦点; 或者更糟糕的是,土墩会导致头部撞击。不正确的穿孔设置也会导致过多的热量积聚,特别是在用氧气切割低碳钢时。梁可能导致金属过烧并失去穿孔; 当发生这种情况时,熔融金属会吹回喷嘴(见图1)。

随着光纤激光器,故事发生了变化。由于其切割速度,光纤激光器可以实现其部分吞吐量,部分原因在于其穿孔速度。光纤激光器穿孔能力的进步极大地提高了生产率,特别是在较厚的材料中。光纤激光器的穿孔一直很快; 但是穿孔周期很容易受到反吹,这就是为什么操纵横梁(通常以专有方式)并且侧面空气喷射在穿孔循环期间如此关键。

材料考虑因素

光纤激光器不能通过劣质材料神奇地切割干净。如果操作员将一个部件从嵌套中拉出并看到严重的条纹,则问题通常可以追溯到材料。

当光束撞击具有刻度,凹坑或其他缺陷的板表面时,它可以产生穿透材料并在切口侧面形成静脉的热点。点蚀和缩孔也可以改变辅助气体流动动力学,并且实际上改变激光切割的方式。平板越平滑,激光切割就越一致。

图2 
当零件嵌套得太紧而没有适当的标签时,切割质量会下降,因为窄幅部分在切割过程中移动和扭曲。

编程和嵌套

如今,许多边缘和整体质量问题并非来自不良的材料表面或不正确的调整穿孔或切割参数,而是来自不正确的编程,嵌套和标签。

在许多应用中,微标签是生活中的事实。他们需要确保零件在切割后保持原状 - 在考虑快速移动切割头周围的气流动态时尤为关键。第二班经理想要的最后一件事就是在半夜的无人值守操作期间导致部件翻倒。

放置标签的位置取决于零件几何形状。正确的标签必须完成两件事:保持零件到位以确保激光切割过程可靠一致并考虑下游处理。突出到硬件孔中的小凸起可能会在硬件插入压力机上造成严重破坏。微型印章留下的小坑(而不是凹凸)可能是可以接受的。在这种情况下,激光应切割标签,使其略微进入零件边缘。

当切割某些受到弯曲的碎片时,智能标签也起作用。当然,购买最好的激光平板材料是理想的选择。但是当激光切割一个长而窄的部件时,切割行为会释放内部应力,并且该部件可能会弯曲,从而成为头部撞击的完美目标。在这些情况下,标签应策略性地放置在发生最大热变形的位置,因此零件在整个切削循环中保持在适当位置。

为了优化材料,程序员非常紧密地嵌套,这样做有时会在切割周期中引起问题,特别是没有适当的标签(见图2)。嵌套可以在非常靠近板边缘的位置处具有孔或槽,并且在处理槽和边缘之间的网时 - 有时仅1/16英寸宽 - 可以摆动并引起干涉将片保持在狭槽和窄幅部分之间的多个位置的策略性突片可以防止片材边缘附近的幅材摆动并因此防止碰撞。槽的塞子本身可能会从气压上升,导致切割丢失或损坏或焊接。

最后一个问题涉及挑战零件几何形状,通常是0.25英寸厚的板和更厚的,例如尖锐的锯齿图案。机器的切割条件是针对无数的零件形状而写的 - 但不是全部。机器可能具有切割条件,例如,角度为80度,但是它没有20度角的切割条件。因此,头部不会充分减速以转弯,并且梁会熔化锯齿的尖端。当然,切割条件可以定制,但在遇到麻烦之前,商店应该考虑是否需要零件几何形状。

例如,在每个锯齿的末端循环是一个选项,但在建立一个全新的切割路径之前,商店可以转向设计可制造性。这个部分是否需要一个20度的尖角,或者是否可以将半径放在最后?

小事真的很重要

如果光纤激光器出现问题,通常不是焦点,气流设置,喷嘴偏移或切割条件配方的其他元素。它通常是小东西:一个不完全居中的光束,这意味着操作员需要检查它,无论是用胶带拍摄,丙烯酸圆盘还是牺牲板上的火花(火花和蚀刻图案,如果在喷嘴周围同心) ,如果光束居中,则显示操作员)。如果它不是喷嘴,它可能是盖玻片上的一个小点,错误位置的标签,或者使部件不稳定的窄幅部分。

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