3 Fehler, die beim Laserschneiden von Metall vermieden werden sollten
Beim komplexen Prozess des Laserschneidens von Metall kann es zu einer Reihe von Problemen kommen, die sich auf die Produktqualität und -leistung auswirken, wenn Sie nicht vorsichtig sind. Auf die folgenden drei Fehler müssen Praktiker achten und versuchen, sie während des Betriebs zu vermeiden.
Problem 1 - Ignorieren von Abweichungen bei der Teilemessung
In der Phase der Teilekonstruktion begehen viele Ingenieure den Fehler, Teile für die CNC-Bearbeitung zu entwerfen. Es sollte klar sein, dass Laserschneidmaschinen unterscheiden sich grundlegend von CNC-Maschinen, und die Toleranzmerkmale von Teilen, die mit Laserschneidmaschinen geschnitten werden, müssen beachtet werden.
Die erste Schwierigkeit, auf die die Ingenieure stoßen, ist die Divergenz des Laserstrahls nach dem Verlassen des Laserkopfes. Diese physikalische Eigenschaft hat einen direkten und erheblichen Einfluss auf die Schnittbreite. Insbesondere wird die Unterseite des geschnittenen Teils breiter sein als die Oberseite. Für Teile, die auf beiden Seiten präzise und gleichmäßige Abmessungen erfordern, ist dieser Unterschied zweifellos ein großes Problem.
Nehmen wir als Beispiel die übliche Gehäusetafel für elektronische Geräte. Ihre Kante kann nach dem Laserschneiden leicht verjüngt sein. Bei der anschließenden Montage entsteht durch diese leichte Verjüngung ein leichter Spalt an der Kante der Platte. Dieser Spalt beeinträchtigt nicht nur die Ebenheit und Ästhetik des Produkts, sondern kann in einigen Anwendungsszenarien mit strengen Anforderungen an die Abdichtung auch das Eindringen von Verunreinigungen wie Wasserdampf und Staub verursachen und damit den normalen Betrieb und die Lebensdauer der internen Komponenten des Geräts beeinträchtigen.
Darüber hinaus führt die durch die Divergenz des Laserstrahls verursachte Verbreiterung der unteren Schnittbreite der Teile zu Problemen bei der Montage der Teile. Wenn mehrere Teile eng aneinander montiert werden müssen, wird die Passung zwischen den Teilen aufgrund der Ungleichmäßigkeit der unteren Schnittbreite stark verringert, was ein präzises Andocken erschwert und in schweren Fällen sogar zum Versagen der gesamten Produktbaugruppe führen kann. Daher müssen die Ingenieure bei der Konstruktion von miteinander verbundenen Teilen den Divergenzfaktor des Laserstrahls in die Entwurfsideen einbeziehen und durch präzise Berechnungen und Simulationen einen angemessenen Toleranzbereich vorsehen, um sicherzustellen, dass die Teile nach dem Schneiden reibungslos zusammengefügt werden können.
Die Änderung der Strahlbreite macht auch die Konstruktion von ineinandergreifenden Teilen zu einer Herausforderung. In der tatsächlichen Produktion kann es vorkommen, dass zwei Teile, die theoretisch perfekt passen, aufgrund der Toleranzen des Laserschneidens ein Teil etwas größer und das andere etwas kleiner ist. Sobald diese Maßabweichung die Toleranzgrenze überschreitet, können die Teile, die eng ineinandergreifen könnten, nicht mehr die erwartete Passform erreichen, was die Integrität und Funktionalität der gesamten Produktstruktur beeinträchtigt.
Problem 2 - Unzulänglichkeiten beim Umgang mit Verzerrungen
Die Verformung ist ein weiteres Problem, mit dem Ingenieure bei der Verwendung von Laserschneidmaschinen zur Herstellung von Blechteilen konfrontiert sind. Wenn der Laserstrahl auf das zu schneidende Metall einwirkt, nimmt das Metall die Energie des Lasers schnell auf und wandelt sie in Wärmeenergie um, wodurch sich das Metall wiederum erhitzt. Wenn die Temperatur steigt, dehnt sich das Metall aus.
Das Problem ist jedoch, dass der Ausdehnungsprozess von Metall nicht einheitlich ist. Einerseits haben verschiedene Metallwerkstoffe unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Zum Beispiel haben Aluminiumlegierungen und rostfreier Stahl völlig unterschiedliche Ausdehnungsgrade bei der gleichen Temperaturänderung. Andererseits beeinflussen auch der Herstellungsprozess des Materials, wie die Walzrichtung, die interne Organisationsstruktur und andere Faktoren, die Gleichmäßigkeit der Ausdehnung des Metalls bei Erwärmung. Die kombinierte Wirkung dieser Faktoren macht es sehr wahrscheinlich, dass sich das Metall während des thermischen Ausdehnungsprozesses verbiegt und verformt, was wir als Verziehen bezeichnen.
Dieses Verformungsphänomen bringt viele praktische Probleme für Ingenieure mit sich. Bei Teilen, die ursprünglich so konstruiert wurden, dass sie genau zusammengebaut werden können, weichen Form und Größe der Teile nach dem Auftreten des Verzugs von den Konstruktionserwartungen ab, so dass es schwierig wird, sie bei der Montage perfekt zusammenzufügen. Dies verlängert nicht nur die Montagezeit und erhöht die Arbeitskosten, sondern führt in schweren Fällen sogar dazu, dass die Teile verschrottet werden, was eine Verschwendung von Ressourcen und einen Anstieg der Produktionskosten zur Folge hat.
Aus der Sicht der Strukturmechanik birgt das Verziehen auch ernsthafte Gefahren für die Strukturbauteile. Wenn sich ein Bauteil verzieht, wird seine innere Spannungsverteilung ungleichmäßig, und seine ursprüngliche Fähigkeit, Lasten gleichmäßig zu tragen, wird zerstört. Wird das verzogene Bauteil von außen belastet, kommt es mit größerer Wahrscheinlichkeit zu einer Spannungskonzentration, wodurch die Gesamtfestigkeit und Tragfähigkeit des Bauteils verringert wird. In einigen Anwendungsszenarien mit extrem hohen Anforderungen an die strukturelle Festigkeit, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in anderen Bereichen, kann die Verformung von Bauteilen zu schweren Sicherheitsunfällen führen.
Daher müssen Ingenieure bei der Verwendung von Laserschneidmaschinen zur Herstellung von Blechteilen sehr vorsichtig sein. In der Phase der Materialauswahl können Sie die Verwendung von Metallwerkstoffen mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer stabileren Leistung in Betracht ziehen, z. B. einige spezielle Legierungen. In der Konstruktionsphase sollte die Redundanz der Struktur angemessen erhöht und die Form und Anordnung der Teile angemessen angepasst werden, um das Risiko von Verformungen durch thermische Verformung zu verringern. Gleichzeitig kann bei der Einstellung der Prozessparameter durch die Optimierung von Parametern wie Laserleistung, Schneidgeschwindigkeit und Kühlverfahren die ungleichmäßige Erwärmung des Metalls während des Schneidprozesses so weit wie möglich reduziert werden. Gegebenenfalls können dickere Metallbleche in Betracht gezogen werden, da dickere Bleche bis zu einem gewissen Grad eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen thermische Verformung aufweisen, oder die Komplexität des Designs kann verringert werden, und die Verwendung komplexer Formen und dünnwandiger Strukturen kann reduziert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Verzugs verringert wird.
Problem 3 - Unsachgemäße Behandlung beim Laserschneiden
Das Laserschneiden ist ein Phänomen, das durch die Divergenz des Laserstrahls während des Materialschneideprozesses verursacht wird. Aufgrund der divergenten Eigenschaften des Laserstrahls ist es unvermeidlich, dass die Schnittbreite der Unterseite des Bauteils größer ist als die der Oberseite. Dies ist zweifellos ein wichtiges Problem bei Bauteilen, die auf beiden Seiten eine strenge Maßhaltigkeit erfordern. Es ist jedoch anzumerken, dass der Grad des Einflusses des Laserschneidens eng mit der Dicke des Bauteils zusammenhängt. Im Allgemeinen wird das Laserschneiden nur dann zu einem nicht zu vernachlässigenden Problem, wenn dickere Bauteile geschnitten werden.
Nehmen wir als Beispiel die übliche mechanische Gehäusetafel. Wenn die Platte aus einem Metallmaterial mit einer Dicke von mehr als 3 mm lasergeschnitten wird, ist die Kante der Unterseite der Platte deutlich schmaler als die Oberseite. Wenn eine solche Platte auf eine ebene Fläche gelegt wird, zeigt die Verschmälerung der Unterkante deutlich den Spalt zwischen den beiden Flächen. Dieser Spalt beeinträchtigt nicht nur die Ebenheit des Produkts, sondern kann auch bei einigen Produkten mit strengen Anforderungen an die Dichtigkeit und Wasserdichtigkeit zu einem Versagen der Abdichtung führen, wodurch die Schutzleistung des Produkts erheblich verringert wird.
Obwohl sich das Phänomen des Laserschneidens unter den derzeitigen technischen Bedingungen nicht vollständig vermeiden lässt, können wir seine negativen Auswirkungen durch eine vernünftige Konstruktion und Prozessgestaltung minimieren. In der Phase des Produktdesigns wird die Schnittseite geschickt in das Design eingeplant, damit sie das Aussehen und die Hauptleistung des Produkts nicht beeinträchtigt. So wird beispielsweise beim Laserschneiden der Platte die Unterseite der Schnittfläche geschickt innerhalb der Schale platziert, während die Oberseite als sichtbare Oberfläche des Produkts verwendet wird. Auf diese Weise hat selbst ein Größenunterschied auf der Unterseite, der durch das Laserschneiden verursacht wird, keinen wesentlichen Einfluss auf das Aussehen und die tatsächliche Verwendung des Produkts. Gleichzeitig kann bei der anschließenden Montage durch eine vernünftige Montagereihenfolge und geeignete Prozessmittel der Einfluss des Laserschneidens auf die Gesamtleistung des Produkts weiter abgeschwächt werden, um sicherzustellen, dass die Produktqualität den Designanforderungen entspricht.
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