レーザー切断は、世界で最も高度な切断プロセスです。 ほとんどの金属および非金属材料を切断でき、多くの産業で使用できます。 精密製造、柔軟な切断、特殊形状加工、一度の成形、高速、高効率の利点があり、従来の方法では解決できない多くの問題を解決できます。 この記事では、このマシンについて説明します。
レーザー切断は、レーザー発生器から放出されたレーザー ビームがレンズによって集束され、焦点に小さな高エネルギー スポットを形成するプロセスです。材料、急速に気化、溶融、蒸発、または発火点に達し、溶融廃棄物は高圧補助ガス（二酸化炭素、酸素、窒素などを含む）で吹き飛ばされます。 レーザーヘッドはプログラム可能なサーボモーターによって駆動され、切断ヘッドは、材料上を移動するビームとともに所定の経路に沿って移動し、さまざまな形状のワークピースを切断します。
光は赤、オレンジ、黄、緑で、物体によって吸収または反射されます。 レーザーも光であり、波長によって異なる特性を示します。 レーザー発生器のゲイン媒体 (つまり、電気エネルギーをレーザーに変換できる媒体) によって、レーザーの波長、出力、および応用分野が決まります。 レーザーの利得媒体は、気体、液体、固体に分けることができます。 代表的なガスはCO2ガスレーザーです。 代表的な固体には、ファイバーレーザー、YAGレーザー、ルビーレーザー、半導体レーザーなどがあります。 液体レーザーは、レーザーを生成し、レーザーを放出するための作業媒体として、いくつかの液体 (通常は染料などの有機溶媒) を使用します。
異なる切断対象物材料は異なるレーザー波長を吸収する可能性があるため、適切なレーザー発生器を適合させる必要があります。 現在、ファイバーレーザージェネレーターは、自動車業界で最も広く使用されています。
レーザー切断方法には、主に溶融切断、酸化切断、気化切断、誘導破断切断などがあります。切断方法を選択する際には、それらの特性、プレート材料、および場合によっては切断形状を考慮する必要があります。 レーザー気化切断は、溶融よりも熱を必要とするため、極薄の金属材料や非金属材料の切断に適しています。 レーザー酸化切断は、酸素と金属の反応熱の助けを借りて高速であり、切断品質は比較的低く、厚板切断に適しています. レーザー溶融切断は、スラグの飛散を防止するためのシールド ガスの使用、スムーズな切断シーム、良好な切断品質により、自動車および板金業界で広く使用されています。 さらに、溶融切断とガス化切断により、酸化のない切断シームを得ることができます。これは、特別な要件での切断に非常に重要です。
レーザー切断の技術プロセスは比較的単純です。 レーザー切断経路とパラメーター プログラムは、さまざまな製品に応じて事前に設定されます。 一般的には、最初に穴を切り、次にエッジを切ります。 最初のピースが試運転に合格した後、切断生産を直接実行できます。 しかし、最高品質の製品をカットするのは簡単ではありません。 切断材料、レーザーモード、出力、切断速度、補助ガス圧などと密接に関係しています。
レーザーには通常、連続モード、変調モード、パルスモードの 3 つの動作モードがあります。
連続モードでは、レーザーの出力が一定で、シートに入る熱がより均一になります。 一般的に高速切断に適しています。 作業効率を向上させる一方で、熱集中による熱影響部の悪性変化を回避する必要もあります。
変調モードのレーザー出力は、切断速度の関数です。 各ポイントで電力を制限することにより、板金に入る熱を比較的低いレベルに保ち、切断シームのエッジでの火傷を防ぐことができます。 制御が複雑なため、あまり効率的ではなく、短時間しか使用できません。
パルスモードは3つのケースに分けられますが、実際には強度の違いに過ぎず、材料の特性や構造の精度に応じて選択されることが多いです。
多くの場合、レーザーは連続出力モードで動作します。 最高の切削品質を得るには、旋削時の加速、減速、遅延など、特定の材料の送り速度を調整する必要があります。 したがって、連続出力モードでは、パワーを下げるだけでは十分ではなく、パルスを変更してレーザーパワーを調整する必要があります。
レーザー切断装置に使用されるガスには、レーザー作動ガス、シールドガス、補助ガスがあります。
窒素は一般に、ステンレス鋼や一部の高強度鋼の切断に使用され、酸化反応を防ぎ、溶融した材料を吹き飛ばすために使用されます。 窒素の純度は高いことが要求されます。 直径が 8mm を超えるステンレス鋼の場合、通常、99.999% の純度が要求されます。 酸素は厚板切断、高速切断、極薄板切断に適しています。 エアは、アルミ、非金属、亜鉛メッキ鋼板の切断に適しています。 酸化膜をある程度減らし、コストを抑えることができます。 コストの面では、炭素鋼の切断に使用される酸素は比較的安価であり、炭素鋼の切断に使用される窒素は大きくなります。 ステンレス鋼が厚くなるほど、窒素含有量と純度が高くなり、コストが高くなります。 現在、高純度窒素の削減コストは約35-40CNY/hで、酸素の削減コストは約10-15CNY/hです。
レーザー切断の最高速度は 40m/分に達することがあり、実際の加工は通常最高速度の 1/3 - 1/2 にすぎません。 速度が速いほど、サーボ機構の動的精度が低下し、切断品質に直接影響するためです。 丸穴を切削する場合、切削速度が速いほど穴径が小さくなり、真円度が悪くなります。 最大切断速度は、長い直線切断の効率を向上させるためにのみ使用できます。 実際の切断プロセスでは、製品の材料、厚さ、および関連する技術的要件に従って、製品に適した最適な切断速度を達成するために、レーザー出力、空気圧、およびその他の関連パラメータを調整する必要があります。
さまざまな製品要件に応じて、さまざまな作業条件下でパラメーターを継続的に調整して、最適なプロセスパラメーターを達成する必要があります。 レーザー切断で達成できる公称位置決め精度は {{0}}.08mm、繰り返し位置決め精度は 0.03mm です。 実際、達成可能な最小公差は、開口部 ± 0.05mm、穴位置 ± 0.2mm です。
異なる材料と異なる厚さは、異なる溶融エネルギーを必要とし、必要なレーザー出力パワーも異なります。 生産中は、生産速度と品質のバランスを取り、適切な出力と切断速度を選択して設定し、切断領域に適切なエネルギーを確保し、材料を時間内に効果的に溶かして吹き飛ばすことが必要です。
電気エネルギーをレーザー エネルギーに変換するレーザーの効率は約 30% ～ 35% で、出力電力は 1500W、入力電力は約 4285W ～ 5000W です。 実際の入力電力消費は、公称出力電力よりもはるかに大きくなります。 また、エネルギー保存の原理により、それ以外のエネルギーは熱エネルギーに変換されて発光するため、レーザーを冷却するためのチラーを装備する必要があります。
HGTECH について: HGTECH は、中国におけるレーザー産業応用のパイオニアでありリーダーであり、世界的なレーザー加工ソリューションの権威あるプロバイダーです。 私たちは、インテリジェントな製造のための全体的なソリューションを提供するために、レーザーインテリジェント機器、測定および自動化生産ライン、およびスマートファクトリー構築を包括的に配置しました。
