3 chyby, kterých je třeba se vyvarovat při řezání kovu laserem

Při složitém procesu laserového řezání kovů může dojít k řadě problémů, které ovlivňují kvalitu a výkon výrobku, pokud si nedáte pozor. Následující tři chyby jsou tím, na co musí být praktici ostražití a čeho se musí snažit během provozu vyvarovat.

Problém 1 - Ignorování odchylek při měření dílů

Ve fázi návrhu dílů se mnoho konstruktérů dopouští chyby, když navrhují díly pro CNC obrábění. Mělo by být jasné, že laserové řezací stroje se zásadně liší od CNC strojů a je třeba brát v úvahu toleranční vlastnosti dílů řezaných laserovými řezacími stroji.

Prvním problémem, se kterým se inženýři setkávají, je divergence laserového paprsku poté, co opustí laserovou hlavu. Tato fyzikální vlastnost má přímý a významný vliv na šířku řezu. Konkrétně spodní strana řezaného dílu bude širší než horní strana. U dílů, které vyžadují přesné a shodné rozměry na obou stranách, je tento rozdíl nepochybně velkým problémem.

Vezměme si jako příklad běžný panel krytu elektronického zařízení. Jeho hrana může být po laserovém řezání mírně zúžená. Při následné instalaci způsobí tento mírně zkosený okraj mírnou mezeru kolem okraje panelu. Tato mezera má vliv nejen na rovinnost a estetiku vzhledu výrobku, ale v některých aplikačních scénářích s přísnými požadavky na utěsnění může také způsobit vnikání nečistot, jako jsou vodní páry a prach, a tím ovlivnit normální provoz a životnost vnitřních součástí zařízení.

Kromě toho rozšíření šířky spodního řezu dílů způsobené divergencí laserového paprsku také způsobuje problémy při montáži dílů. Pokud je třeba namontovat více dílů těsně vedle sebe, bude lícování mezi díly značně omezeno v důsledku nestejné šířky spodního řezu, což ztíží dosažení přesného dokování a v závažných případech může dokonce způsobit selhání celé sestavy výrobku. Proto musí konstruktéři při navrhování vzájemně propojených dílů zahrnout do konstrukčních nápadů faktor divergence laserového paprsku a přesným výpočtem a simulací vyhradit přiměřené toleranční rozmezí, aby bylo zajištěno, že díly bude možné po vyříznutí hladce sestavit.

Změna šířky nosníku také ztěžuje konstrukci vzájemně propojených dílů. Ve skutečné výrobě mohou dva díly, které teoreticky dokonale pasují, mít jeden díl o něco větší a druhý o něco menší kvůli toleranci laserového řezání. Jakmile tato rozměrová odchylka překročí toleranční mez, díly, které mohly být těsně do sebe zaklesnuty, nebudou schopny dosáhnout očekávaného lícování, což ovlivní integritu a funkčnost celé konstrukce výrobku.

Problém 2 - Neschopnost účinně řešit zkreslení

Deformace je dalším obtížným úkolem, kterému konstruktéři čelí při používání laserových řezacích strojů k výrobě plechových dílů. Když laserový paprsek působí na řezaný kov, kov rychle absorbuje energii laseru a přeměňuje ji na tepelnou energii, která následně způsobuje zahřívání kovu. Jak teplota stoupá, kov se rozpíná.

Problémem však je, že proces roztažnosti kovu není rovnoměrný. Na jedné straně mají různé kovové materiály různé koeficienty tepelné roztažnosti. Například hliníková slitina a nerezová ocel mají při stejné změně teploty zcela odlišné stupně roztažnosti; na druhé straně výrobní proces materiálu, jako je směr válcování, vnitřní organizační struktura a další faktory, rovněž ovlivní rovnoměrnost roztažnosti kovu při zahřívání. Kombinovaný účinek těchto faktorů způsobuje, že se kov během procesu tepelné roztažnosti s velkou pravděpodobností ohne a deformuje, což nazýváme deformace.

Tento fenomén deformace přináší inženýrům mnoho praktických problémů. U dílů, které jsou původně navrženy tak, aby se daly přesně sestavit, se po vzniku deformace tvar a velikost dílů odchýlí od očekávání konstrukce, což ztíží jejich dokonalé sestavení během montáže. To nejen prodlouží dobu montáže a zvýší náklady na pracovní sílu, ale v závažných případech dokonce způsobí vyřazení dílů, což vede k plýtvání zdroji a zvýšení výrobních nákladů.

Z hlediska stavební mechaniky přináší deformace také vážná skrytá nebezpečí pro konstrukční prvky. Pokud se konstrukční prvek deformuje, dochází k nerovnoměrnému rozložení vnitřních napětí a původní schopnost rovnoměrně přenášet zatížení se zničí. Při vystavení vnějšímu zatížení je pravděpodobnější, že v deformované části dojde ke koncentraci napětí, čímž se sníží celková pevnost a únosnost konstrukční součásti. V některých aplikačních scénářích s extrémně vysokými požadavky na pevnost konstrukce, jako je letecký průmysl, výroba automobilů a další obory, může deformace deformací součástí způsobit vážné bezpečnostní nehody.

Proto musí být konstruktéři při používání laserových řezacích strojů k výrobě plechových součástí velmi opatrní. Ve fázi výběru materiálu lze zvážit použití kovových materiálů s menším koeficientem tepelné roztažnosti a stabilnějším výkonem, jako jsou některé speciální slitinové materiály. Ve fázi návrhu je třeba vhodně zvýšit redundanci konstrukce a rozumně upravit tvar a uspořádání dílů, aby se snížilo riziko deformace způsobené tepelnou deformací. Současně lze z hlediska nastavení procesních parametrů optimalizací parametrů, jako je výkon laseru, rychlost řezání a způsob chlazení, co nejvíce minimalizovat nerovnoměrné zahřívání kovu během řezání. V případě potřeby lze zvážit použití silnějších kovových desek, protože silnější desky mají do určité míry lepší odolnost proti tepelné deformaci, nebo lze snížit složitost konstrukce a omezit použití složitých tvarů a tenkostěnných konstrukcí, čímž se sníží pravděpodobnost deformace.

Problém 3 - Nesprávné ošetření laserového řezání

Laserové řezání je jev způsobený divergencí laserového paprsku během procesu řezání materiálu. Vzhledem k divergentním vlastnostem laserového paprsku je nevyhnutelné, že šířka řezu spodního povrchu součásti je větší než šířka řezu horního povrchu. To je nepochybně klíčový problém u součástí, které vyžadují přísnou rozměrovou konzistenci na obou stranách. Je však třeba poznamenat, že míra vlivu laserového řezání úzce souvisí s tloušťkou součásti. Obecně se laserové řezání stane problémem, který nelze ignorovat, pouze při řezání silnějších součástí.

Vezměme si jako příklad běžný panel mechanické skříně. Pokud je panel vyřezán laserem z kovového materiálu o tloušťce větší než 3 mm, bude okraj spodní plochy panelu výrazně užší než horní plocha. Když je takový panel umístěn na rovný povrch, zúžení spodní hrany jasně ukáže mezeru mezi oběma povrchy. Tato mezera má vliv nejen na rovinnost vzhledu výrobku, ale může také způsobit selhání těsnění u některých výrobků s přísnými požadavky na těsnost a vodotěsnost, což značně snižuje ochranný výkon výrobku.

Ačkoli se tomuto jevu při řezání laserem nelze za současných technických podmínek zcela vyhnout, můžeme jeho negativní dopad minimalizovat rozumným návrhem a uspořádáním procesu. Ve fázi návrhu výrobku je řezaná strana chytře naplánována uvnitř konstrukce tak, aby neovlivňovala vzhled a klíčové vlastnosti výrobku. Například při laserovém řezání panelu je spodní plocha řezané strany chytře umístěna uvnitř pláště a horní plocha je použita jako viditelná plocha výrobku. Tímto způsobem, i když je na spodním povrchu rozdíl ve velikosti způsobený laserovým řezáním, nebude mít významný vliv na vzhled a skutečné používání výrobku. Současně lze v následném procesu montáže prostřednictvím rozumné montážní posloupnosti a procesních prostředků dále oslabit vliv laserového řezání na celkové vlastnosti výrobku, aby bylo zajištěno, že kvalita výrobku splňuje požadavky návrhu.

3 chyby, kterých je třeba se vyvarovat při řezání kovu laserem

Problém 1 - Ignorování odchylek při měření dílů

Problém 2 - Neschopnost účinně řešit zkreslení

Problém 3 - Nesprávné ošetření laserového řezání

Vyžádat si ukázku

Poptávka nyní