Процесс лазерной резки — материал из нержавеющей стали (устранение заусенцев)
Методы устранения заусенцев при резке нержавеющей стали
1.1 Характеристики бескислородной резки нержавеющей стали
Явление
При резке нержавеющей стали в качестве вспомогательного газа обычно используется кислород, азот или воздух. Выбор газа зависит от конкретного применения обработки. Среди этих газов наименьшую скорость потребления имеет кислород, тогда как азот и воздух потребляют относительно больше. Когда дело доходит до скорости резки, воздух или азот ускоряют резку, а кислород замедляет процесс. Степень окисления на режущей поверхности возрастает в ряду азота, воздуха и кислорода, соответственно увеличивается нагрузка по удалению оксидного слоя.
Принцип
(1) Скорость резки
На рис. 4.1-1 показана взаимосвязь между толщиной пластины и скоростью резки при резке материала SUS304 лазером мощностью 3 кВт. Когда толщина менее 3 мм, использование кислорода для резки позволяет реакции окисления достигать более высоких скоростей. Однако когда толщина превышает 3 мм, текучесть расплавленного металла улучшается при резке азотом, что приводит к более быстрой бескислородной резке. Воздушная резка позволяет достичь скорости резки, аналогичной скорости резки азотом, но шероховатость поверхности и прилипание окалины значительно ухудшают качество обработки по сравнению с резкой азотом.
(2) Обработка поверхности режущей кромки
Твердость поверхностного слоя режущей кромки будет значительно различаться в зависимости от того, используется ли для резки кислород или азот (как показано на Рисунке 4.1-2). Окисленная режущая поверхность имеет твердость примерно в два раза выше, чем у основного материала, тогда как бескислородная режущая поверхность имеет меньшую твердость и более гладкую поверхность, что относительно облегчает последующие процессы шлифовки и полировки. На режущей поверхности, обработанной кислородом, образуется стойкий оксидный слой, что увеличивает нагрузку на последующие этапы обработки.
(3) Коррозионная стойкость режущей кромки
На рис. 4.1-3 показаны результаты испытания на коррозионную стойкость в солевом тумане материала SUS304, который был вырезан лазером с использованием различных типов вспомогательных газов. Режущие кромки, обработанные кислородом и воздухом, имели признаки ржавчины, тогда как бескислородная режущая кромка, обработанная азотом, не ржавела. Тип вспомогательного газа, используемого во время резки, оказывает существенное влияние на коррозионную стойкость режущей кромки.
(4) Качество сварки режущей кромки.
Если при сварке режущей кромки после лазерной резки кромка окислилась, в сварном шве могут образоваться поры, что приведет к снижению прочности сварки. Однако если режущая кромка не окислена, можно получить качественный сварной шов.
1.2 Методы устранения дефектов, вызванных заусенцами при резке нержавеющей стали
Явление:
во время процесса прошивки нержавеющей стали, как только лазерный луч попадает на металл, металл начинает плавиться. Как показано на Рисунке 4.2-1, расплавленный материал выбрасывается на поверхность материала, разбрызгивается вокруг небольшого отверстия и образует заусенцы, похожие на усики. Эти заусенцы могут привести к появлению царапин на режущей поверхности, а также помешать работе емкостного датчика по профилированию.
Причина
Когда в качестве вспомогательного газа используется кислород, расплавленный металл окисляется в процессе прошивки, предотвращая образование нитевидных выступов и уменьшая его адгезию к поверхности нержавеющей стали. Однако когда в качестве вспомогательного газа используется азот, расплавленный металл не окисляется, что приводит к снижению вязкости. Это позволяет расплавленному металлу растягиваться в нитевидные формы и прочно прилипать к поверхности материала, что приводит к его скоплению вокруг небольших отверстий.
Решения
Чтобы предотвратить разбрызгивание и прилипание расплавленного металла, можно использовать следующие методы: (а) уменьшить образующееся количество; (б) предотвращать адгезию; (c) удалите спайку после ее возникновения (как показано на Рисунке 4.2-2).
(1) Уменьшение количества расплавленного металла
① Отрегулируйте условия прожига. Увеличение частоты при одновременном снижении выходной мощности отдельных импульсов может эффективно снизить количество производимого расплавленного металла. На Рисунке 4.2-3 показаны результаты обработки на частотах 200Гц и 1500Гц. Важно отметить, что использование таких условий обработки также приведет к увеличению тепловложения, что сделает их непригодными для резки толстых листов.
② Использование вспомогательного газа или боковой продувки для рассеивания расплавленного металла.
Выдувание расплавленного металла, выброшенного из отверстия для прожига, с помощью вспомогательного газа или боковой продувки может снизить адгезию. На рисунках 4.2-4 показаны результаты обработки вспомогательным газом при давлениях 0,05 МПа и 0,7 МПа. Можно заметить, что использование газа под высоким давлением приводит к меньшему прилипанию шлака к поверхности.
(2) Предотвращение прилипания
Нанесение защитного покрытия на поверхность материала также может помочь предотвратить прилипание расплавленного металла. При нанесении защитного покрытия расплавленный металл, образующийся при прошивке, накапливается на покрытии, а не прилипает непосредственно к поверхности материала. Защитное покрытие может представлять собой средство, предотвращающее образование шлака, или поверхностно-активное вещество, которое легко удалить в последующих процессах (как показано на Рисунке 4.2-5).
(3) Удаление
Существует два метода удаления заусенцев: один метод — вырезать очень маленькие круглые отверстия рядом с перфорацией; при вырезании круглого отверстия также удаляется расплавленный металл. Другой метод заключается в перемещении фокуса вверх после перфорации, чтобы переплавить скопившийся материал и сдуть его газом (см. Рис. 4.2-2(3)).
1.3. Методы устранения дефектов обработки толстых пластин после перфорации.
[Феномен]
Как показано на рис. 4.3-1, при бескислородной резке толстых листов нержавеющей стали расплавленный металл, образующийся во время перфорации, скапливается над перфорационным отверстием, что приводит к ухудшению качества обработки при прохождении обрабатывающей головки. Замена вспомогательного газа, используемого при перфорации, на кислород может уменьшить накопление расплавленного металла. Однако при использовании кислорода во время перфорации важно убедиться, что весь оставшийся кислород во вспомогательной газовой линии полностью удален, прежде чем переходить к следующему этапу резки. В противном случае оставшийся кислород может смешаться с азотом и вызвать окисление режущей поверхности.
[Причина]
(1) Влияние накопления
Как показано на рис. 4.3-2, влияние накопления на обработку включает тенденцию вызывать отражение лазера и нарушать поток вспомогательного воздуха во время резки. При бескислородной резке обычно во время перфорации фокальную точку устанавливают около Z=0, а затем во время резки смещают ее до Z=-T (где T — толщина заготовки). Однако такой подход может снизить плотность энергии лазерного излучения, падающего на поверхность материала в процессе резки, что приводит к ухудшению качества обработки.
(2) Влияние переключения газа
При переключении между кислородом и азотом крайне важно эффективно и тщательно удалить остаточный газ в трубопроводе. Чем больше перфораций выполнено, тем чаще происходит переключение газа и тем больше времени требуется для продувки остаточного газа.
[Решение]
(1) Устранение последствий накопления
Как показано на рис. 4.3-3, используйте условия высокой плотности лазерной энергии для начальной части резки, где присутствует скопление расплавленного металла. В частности, во время резки используйте ту же высокую плотность энергии и положение фокусной точки (Z=0), что и во время перфорации. Пройдя через накопившийся материал, сместите точку фокуса на Z=-T (где T — толщина заготовки). При резке с фокусом Z=0 ширина пропила будет уже, а количество заусенцев на обратной стороне заготовки увеличится. Поэтому линию перфорации (отрезок линии, где начинается резка) следует располагать в стороне от детали. Другие параметры обработки также должны быть установлены на условия высокой мощности и низкой скорости. Цель этих настроек — обеспечить стабильную обработку накопительной части.
(2) Сокращение времени переключения газа
Как показано на рис. 4.3-3, сначала завершите все операции перфорации с использованием кислорода. Затем вернитесь к исходной точке обработки, переключите вспомогательный газ на азот и тщательно удалите оставшийся кислород перед началом процесса резки. При использовании этого метода газ необходимо переключить только один раз, что экономит время, необходимое для удаления остатков кислорода из газопроводов (см. Рис. 4.3-4).
1.4 Методы уменьшения заусенцев на острых углах при резке тонких листов воздухом или азотом
[Феномен]
При резке нержавеющей стали, когда в качестве вспомогательного газа используется воздух или азот, на обратной стороне материала в острых углах или в конце формы обработки появляются заусенцы, как показано на рис. 4.4-1.
[Причина]
Обрабатывающий станок или головка перемещаются в соответствии со скоростью, установленной ЧПУ (числовым программным управлением), но на острых углах или в конце формы обработки скорость обработки замедляется из-за характеристик станка. Обычно настройка мощности лазера обрабатывающего станка остается постоянной. В результате при снижении скорости обработки баланс между мощностью лазера и скоростью нарушается (с превышением выходной мощности), что приводит к образованию заусенцев (см. Рис. 4.4-2).
[Решения]
(1) Общие условия обработки
Установите максимальную скорость резания как можно ниже, чтобы минимизировать разницу между максимальной и минимальной скоростью резания на протяжении всего пути обработки. Независимо от того, работаете ли вы на максимальной или минимальной скорости резания, отрегулируйте выходную мощность таким образом, чтобы обеспечить меньшее количество заусенцев. Недостаток этого метода заключается в том, что средняя скорость снизится, что приведет к увеличению общего времени обработки.
(2) Изменить траекторию
Спроектируйте траекторию перебега, чтобы предотвратить снижение скорости резания на острых углах или в конце пути обработки. Например, запрограммируйте круговой перебег на острых углах. Когда траектория подвергается круговому обгону, она постепенно меняется в точках перехода, избегая резких падений скорости резания. Использование программы кругового перебега в конце обработки внутреннего отверстия также позволяет вырезать внутренние отверстия без снижения скорости резания. Однако этот метод нельзя использовать, если рядом с острыми углами находятся продукты или если продукты находятся как внутри, так и снаружи угла.
(3) ЧПУ-управление
Для решения этих проблем разработаны соответствующие функции управления. Это включает в себя определение скорости резки обрабатывающим станком в режиме реального времени, что позволяет автоматически регулировать выходную мощность лазера в соответствии с изменениями скорости резки.
Как показано на рис. 4.4-3, когда скорость резки снижается на острых углах, выходная мощность лазера также соответственно снижается. Такая же регулировка применяется в конце пути обработки, где выходная мощность автоматически снижается по мере замедления скорости резания.
1.5 Методы устранения заусенцев при азотной резке толстых пластин из нержавеющей стали
[Феномен]
Если расплавленный металл не будет эффективно вытесняться из пропила, он прилипнет к задней стороне заготовки и образует заусенцы. Если используемый материал новый и ранее хорошо режелся, но теперь имеет проблемы, проблема может быть связана с неподходящими условиями обработки, которые требуют корректировки.
[Причина]
Плавное вытеснение расплавленного металла из разреза зависит от соответствующего давления вспомогательного газа, толкающего расплавленный металл вниз, а также от формы разреза и непрерывности потока расплавленного металла. К основным причинам образования заусенцев, как показано на рис. 4.5-1, относятся:
- Отклонение ширины реза : ширина реза отклоняется от первоначального оптимального значения, становясь либо уже, либо шире.
- Влияние формы обработки . Обрабатываемая форма влияет на непрерывность потока расплавленного металла.
[Решения]
(1) Регулировка пропила
Резка нержавеющей стали азотом отличается от резки углеродистой стали тем, что фокус должен быть установлен внутри материала (Z<0), чтобы повысить плавимость лазера и увеличить ширину реза. Если фокусная точка не установлена оптимально, поток расплавленного металла внутри пропила может ухудшиться. Когда фокус слишком мелкий, заусенцы имеют тенденцию быть острыми, тогда как более глубокий фокус приводит к образованию шарообразных заусенцев. Отрегулируйте фокус в зависимости от формы борфрез, чтобы найти оптимальное положение.
Если в процессе обработки заусенцы постепенно увеличиваются и ширина пропила изменяется, это может быть связано с нагревом оптических элементов лазером, что приводит к эффекту термического линзирования. В таких случаях очистите линзу или зеркало PR.
(2) Влияние формы обработки
Заусенцы могут образоваться, когда поток вспомогательного воздуха становится нестабильным после прохождения лазером острого угла или когда баланс между мощностью и скоростью нарушается из-за резких изменений скорости резки. Чтобы решить эту проблему, уменьшите настройку скорости обработки в условиях обработки (см. Рис. 4.5-2). Чем меньше угол острого угла, тем эффективнее низкоскоростные настройки. Кроме того, при переходе от низкой скорости к высокой скорости установите переход скорости как пошаговый процесс.
Мы Qiaolian laser technology co.ltd является профессиональным производителем станков для лазерной резки. Наша продукция включает в себя станок для лазерной резки с одним столом,обменный станок для лазерной резки, станок для лазерной резки листов и труб, профессиональный станок для лазерной резки труб, крупноформатный портальный станок для лазерной резки и т. д. Мощность лазера: 6 кВт/12 кВт/15 кВт/20 кВт/30 кВт/40 кВт/60 кВт/80 кВт/100 кВт и т. д.
Наша продукция экспортируется в США, Мексику, Германию, Венгрию, Польшу, Россию, Казахстан, Испанию, Индию, Южную Корею, Малайзию, Сингапур, Индонезию, Тайвань и другие страны и регионы.
Пожалуйста, свяжитесь со мной, чтобы получить бесплатное предложение прямо сейчас.
