Paksuse klassifikatsioon: töötlemisvõime määratlemine
Terasplaadi paksus on laserlõikamise teostatavuse peamine määraja, mis mõjutab otseselt seadmete nõudeid, lõikekiirust, serva kvaliteeti ja tootmiskulusid. Terasplaadid liigitatakse üldiselt paksuse alusel nelja kategooriasse: õhukesed plaadid (alla 4 mm), keskmised plaadid (4–20 mm), paksud plaadid (20–60 mm) ja eriti paksud plaadid (üle 60 mm). Laserlõikamisel ulatub teraslehtede eelistatud töötlemisvahemik tavaliselt kuni 20 mm, teatud tingimustel kuni 25 mm. Suure võimsusega kiudlasersüsteemid, eriti need, mis ületavad 20 kW, on seda piiri veelgi nihutanud, saavutades süsinikterase optimaalse lõikepaksuse kuni 70 mm. Kuid pideva tootmise tõhususe ja lõikekvaliteedi tagamiseks ei ole üldiselt soovitatav töödelda üle 50 mm paksuseid terasplaate. Selle klassifikatsiooni mõistmine on iga projekti jaoks õige varustuse ja parameetrite määramiseks hädavajalik, kuna paksus mõjutab otseselt abigaasi valikut, fookusasendit, lõikekiirust ja eeldatavaid tolerantse.
Materjalipõhised paksuse spetsifikatsioonid laserlõikamiseks
Erinevatel teraseklassidel on soojusjuhtivuse, peegelduvuse ja keemilise koostise erinevuste tõttu erinevad laserlõikamisomadused. puhul Süsinikterase (pehme terase) on laserlõikamiseks ideaalne paksusvahemik kuni 10 mm ja maksimaalne praktiline paksus ulatub optimaalsetes tingimustes 13 mm-ni. Suurema võimsusega süsteemid suudavad töödelda kuni 25 mm või rohkem süsinikterast, kuid kiiruse ja kvaliteedi säilitamiseks ideaalne vahemik jääb oluliselt kitsamaks. Roostevaba teras esitab suurema peegelduvuse ja soojusjuhtivuse tõttu suuremaid väljakutseid; ASTM 304 roostevaba terase ideaalne paksus on kuni 4 mm, maksimaalne paksus on umbes 6 mm. Täiustatud kiudlasersüsteemid suudavad töödelda kuni 20 mm või rohkem roostevaba terast, kuid lõikekiirus väheneb paksuse kasvades oluliselt. Alumiinium ja alumiiniumisulamid , mis on tuntud oma suure peegeldusvõime poolest, nõuavad spetsiaalseid laserallikaid, mis on kaitstud tagasipeegelduse eest; Konstruktsioonialumiiniumi ideaalne paksus on kuni 3 mm, maksimaalselt umbes 5 mm. Suure võimsusega kiudlaserid võivad olenevalt sulamist ja abigaasist lõigata kuni 18 mm või paksemat alumiiniumi. Abigaasi valik on sama kriitiline: süsinikterase jaoks kasutatakse hapnikku, et tõhustada lõikamist läbi eksotermilise oksüdatsiooni, samas kui roostevaba terase ja alumiiniumi puhul on soovitatav kasutada lämmastikku või õhku, et saavutada puhtad oksüdatsioonivabad servad.
Laseri võimsusnõuded paksuse järgi
Laseri võimsuse ja lõikepaksuse suhe järgib ligikaudu lineaarset progresseerumist, kusjuures täieliku läbitungimise saavutamiseks ja paksemate materjalide vastuvõetava lõikekiiruse säilitamiseks on vaja suuremat võimsust. Süsinikterase puhul saab 500 W kiudlaseriga lõigata kuni 6 mm, 1000 W käepidemed 6–12 mm, 2000 W töötleb 14–18 mm ja 3000 W ulatub 18–22 mm. Roostevaba terase puhul lõikab 500 W 1–3 mm, 1000 W käepidemed 3–5 mm, 2000 W töötleb 6–8 mm ja 3000 W ulatub 8–12 mm. Praktilise rusikareegel on, et ühe millimeetri puhta lõike paksuse kohta on vaja umbes üks kilovatt laservõimsust. Keskmise paksusega plaatide (6–12 mm) puhul on soovitatav laservõimsus 4000–6000 W. Paksud plaadid (13 mm ja rohkem) nõuavad 4000 W või rohkem, et saavutada usaldusväärne täielik läbitungimine. Lõikekiirusel on pöördkorrelatsioon paksusega; paksud materjalid vajavad täielikuks läbitungimiseks vähendatud etteandekiirust, samas kui õhukesed lehed töötavad kiiresti, et suurendada läbilaskevõimet ilma kvaliteedi kadumiseta. Näiteks võib 20 kW võimsusega laserlõikusmasin saavutada olulisi tõhususe parandusi, kuna 30 kW süsteem lõikab 50 mm süsinikterast 88% kiiremini kui 20 kW süsteem. Sobiva laservõimsuse valik peab tasakaalustama vajaliku paksuse, soovitud tootmisvõimsuse ja kapitali seadmete kulud.
Mõõtmete tolerantsid ja servade kvaliteet paksusvahemiku järgi
Laserlõigatud terasplaatide saavutatav mõõtmete täpsus varieerub oluliselt sõltuvalt paksusest, kuna laserkiir laieneb läbi materjali liikudes. Kuni 3 mm paksuse pehme terase puhul on tüüpilised tolerantsid ±0,004 tolli (0,1 mm) saavutatavad suurepärase servakvaliteediga. 3–6 mm paksuse korral on hea servakvaliteedi korral tüüpilised tolerantsid ±0,006 tolli (0,15 mm). 6–12 mm paksuse korral suurenevad tolerantsid ±0,010 tollini (0,25 mm), mis on õiglase servakvaliteediga. 12–25 mm paksuse puhul eeldatakse tolerantse ±0,020 tolli (0,5 mm) kareda serva kvaliteediga. Roostevaba teras järgib sarnaseid mustreid: 0,5–3 mm saavutab ±0,004 tolli (0,1 mm) suurepärase servakvaliteediga, samas kui 3–10 mm saavutab ±0,008 tolli (0,2 mm) hea servakvaliteediga. Lõike laius – laserkiirega eemaldatud materjal – on fiiberopsarite puhul tavaliselt 0,006–0,012 tolli (0,15–0,3 mm). Serva kvaliteet halveneb paksuse suurenemisega: õhuke teras, mille paksus on alla 3 mm, tekitab siledad, peaaegu jämevabad servad, mis vajavad vähest järeltöötlust; keskmisel terasel (3–10 mm) on alumine serv kerge karedus, mis nõuab kerget krõbedat eemaldamist; Paks üle 10 mm teras näitab märgatavat kitsenemist ja karedust, kusjuures sisenemiskülg on väljapääsust laiem. Pehme terase kiudlaserlõikamisel kasutatava kuumuse mõjuala (HAZ) on tavaliselt vahemikus 0,005–0,010 tolli (0,13–0,25 mm). Rakenduste jaoks, mis nõuavad paksude osade ruudukujulisi servi või väga kitsaid tolerantse, võivad alternatiivsed protsessid, näiteks CNC-mehaaniline töötlemine, olla sobivamad.
Standardsed paksuse tolerantsid ja kujunduslikud kaalutlused
Lisaks laserlõikamisvõimalustele peab alusmaterjal ise vastama kehtestatud paksuse tolerantsidele. ASTM A6/A6M esitab üldised nõuded valtsitud konstruktsiooniterasvarrastele, -plaatidele, -vormidele ja lehtvaiadele, täpsustades paksuse, laiuse ja pikkuse mõõtmete tolerantsid. Need tolerantsid varieeruvad olenevalt paksuse vahemikust, umbes 5 mm kuni 200 mm plaadid on standardiga kaetud. A36 terasplaatide puhul määrab paksuse tolerantsi ASTM A6/A6M, lähtudes määratud paksusest ja plaadi laiusest. Projekteerijad peavad detailide lõplike mõõtmete määramisel arvesse võtma nii alusmaterjali paksuse tolerantsi kui ka lõiketolerantsi. Lisaks piirab elementide minimaalseid suurusi plaadi paksus: kuni 5 mm terase puhul on soovitatav minimaalne ava läbimõõt 15 mm; paksusega 6–15 mm, 18 mm; ja paksusega 20–25 mm vastavalt 20–25 mm. Arvestada tuleb ka minimaalse painderaadiusega ja avade paigutusega paindejoonte suhtes, kuna paindejoontele liiga lähedale asetatud augud deformeeruvad järgnevate vormimisoperatsioonide käigus. Nende spetsifikatsioonide ja paksuse parameetrite mõistmine võimaldab inseneridel ja hankespetsialistidel optimeerida osade konstruktsioone, et tagada nende valmistatavus, valida sobivad seadmed ja luua realistlikud kvaliteediootused laseriga lõigatud teraskomponentidele.
