厚さの分類: 加工能力の定義
鋼板の厚さはレーザー切断の実現可能性の主な決定要因であり、装置要件、切断速度、エッジ品質、および全体の生産コストに直接影響します。鋼板は一般に厚さにより薄板（4mm未満）、中板（4～20mm）、厚板（20～60mm）、極厚板（60mm以上）の4種類に分類されます。レーザー切断の場合、鋼板の好ましい加工範囲は通常 20mm までですが、状況によっては 25mm まで可能です。高出力ファイバーレーザーシステム、特に 20kW を超えるシステムはこの境界をさらに押し広げ、最大 70mm までの炭素鋼の最適な切断厚さを実現しています。ただし、連続生産効率と切断品質の観点から、50mm を超える厚さの鋼板の加工は一般的に推奨されません。厚さはアシストガスの選択、焦点位置、切断速度、予想される許容誤差に直接影響するため、この分類を理解することは、各プロジェクトに正しい機器とパラメータを指定するために不可欠です。
レーザー切断のための材料固有の厚さの仕様
鋼グレードが異なると、熱伝導率、反射率、化学組成が異なるため、異なるレーザー切断特性が示されます。の場合 炭素鋼 (軟鋼) 、レーザー切断に最適な厚さの範囲は最大 10 mm で、最適な条件下では実際の最大厚さは 13 mm に達します。より高出力のシステムでは、最大 25 mm 以上の炭素鋼を加工できますが、速度と品質を維持するための理想的な範囲は依然として大幅に狭いままです。 ステンレス鋼は 反射率と熱伝導率が高いため、より大きな課題を抱えています。 ASTM 304 ステンレスの理想的な厚さは最大 4mm、最大厚さは約 6mm です。高度なファイバー レーザー システムは、最大 20 mm 以上のステンレス鋼を加工できますが、厚さが増加すると切断速度は大幅に低下します。反射率が高いことで知られる アルミニウムおよびアルミニウム合金には、後方反射に対する保護を備えた特殊なレーザー光源が必要です。構造用アルミニウムの理想的な厚さは最大 3 mm、最大で約 5 mm です。高出力ファイバーレーザーは、合金とアシストガスに応じて最大 18 mm 以上の厚さのアルミニウムを切断できます。アシストガスの選択も同様に重要です。炭素鋼には発熱酸化による切断を強化するために酸素が使用されますが、ステンレス鋼とアルミニウムにはきれいで酸化のないエッジを実現するために窒素または空気が推奨されます。
厚さごとのレーザー出力要件
レーザー出力と切断厚さの関係はほぼ直線的な関係にあり、厚い材料を完全に貫通させて許容可能な切断速度を維持するには、より高い出力が必要になります。炭素鋼の場合、500W ファイバーレーザーは最大 6mm を切断でき、1000W は 6 ～ 12mm を処理し、2000W は 14 ～ 18mm を加工し、3000W は 18 ～ 22mm に達します。ステンレスの場合、500Wで1～3mm、1000Wでハンドル3～5mm、2000Wで6～8mm、3000Wで8～12mmの加工が可能です。実際の経験則として、きれいな切断厚さ 1 ミリメートルあたり約 1 キロワットのレーザー出力が必要です。中程度の厚さのプレート (6 ～ 12 mm) の場合、推奨されるレーザー出力は 4,000 ～ 6,000 W です。厚いプレート（13mm 以上）では、確実に完全貫通を達成するには 4,000W 以上が必要です。切断速度は厚さと逆相関します。厚い材料を完全に浸透させるには送り速度を下げる必要がありますが、薄いシートは品質を損なうことなくスループットを向上させるために高速で動作します。たとえば、20kW のレーザー切断機は大幅な効率の向上を達成でき、30kW システムでは 50mm の炭素鋼を 20kW システムより 88% 速く切断できます。適切なレーザー出力を選択するには、必要な厚さ、望ましい生産スループット、資本設備コストのバランスをとる必要があります。
厚さ範囲ごとの寸法公差とエッジ品質
レーザーカットされた鋼板の達成可能な寸法精度は、レーザービームが材料を通過するにつれて広がるため、厚さによって大きく異なります。厚さ 3 mm までの軟鋼の場合、優れた刃先品質で標準公差 ±0.004 インチ (0.1 mm) を達成できます。厚さ 3 ～ 6 mm の場合、エッジ品質が良好であれば、公差は ±0.006 インチ (0.15 mm) が一般的です。厚さ 6 ～ 12 mm の場合、公差は ±0.010 インチ (0.25 mm) まで広がり、エッジ品質は良好です。厚さ 12 ～ 25 mm の場合、許容差は ±0.020 インチ (0.5 mm) で、エッジの品質は粗いことが予想されます。ステンレス鋼も同様のパターンに従います。0.5 ～ 3 mm は優れたエッジ品質で ±0.004 インチ (0.1 mm) を達成し、3 ～ 10 mm は良好なエッジ品質で ±0.008 インチ (0.2 mm) を達成します。ファイバーレーザーの場合、カーフ幅 (レーザービームによって除去される材料) の範囲は通常 0.006 ～ 0.012 インチ (0.15 ～ 0.3 mm) です。厚さが増すにつれてエッジの品質は低下します。3 mm 未満の薄い鋼材では、後処理をほとんど必要とせず、滑らかでほとんどバリのないエッジが得られます。中程度のスチール (3 ～ 10 mm) は、底端にわずかな粗さがあり、軽いバリ取りが必要です。 10mmを超える厚い鋼材では、顕著なテーパーと粗さが見られ、入口側が出口側よりも広くなります。軟鋼のファイバーレーザー切断の熱影響部 (HAZ) は通常、0.005 ～ 0.010 インチ (0.13 ～ 0.25 mm) の範囲です。厚い部品の直角エッジや非常に厳しい公差が必要な用途には、CNC 加工などの代替プロセスの方が適している場合があります。
標準の厚さの許容差と設計上の考慮事項
レーザー切断機能に加えて、基材自体が確立された厚さの公差に適合する必要があります。 ASTM A6/A6M は、圧延構造用鋼の棒、板、形材、および矢板の一般要件を規定し、厚さ、幅、長さの寸法許容差を指定します。これらの公差は厚さの範囲によって異なり、約 5 mm ～ 200 mm のプレートが標準でカバーされます。 A36 鋼板の場合、指定された厚さと板幅に基づいて、厚さの許容差が ASTM A6/A6M によって指定されます。設計者は、最終部品の寸法を指定するときに、ベース材料の厚さの公差と切断公差の両方を考慮する必要があります。さらに、最小フィーチャ サイズはプレートの厚さによって制限されます。最大 5 mm の鋼材の場合、最小穴直径 15 mm が推奨されます。厚さ6～15mmの場合は18mm。厚さ 20 ～ 25 mm の場合はそれぞれ 20 ～ 25 mm。穴が曲げ線に近すぎると後続の成形操作中に変形してしまうため、最小曲げ半径と曲げ線に対する穴の配置も考慮する必要があります。これらの仕様と厚さのパラメータを理解することで、エンジニアや調達専門家は、製造可能性を考慮して部品設計を最適化し、適切な機器を選択し、レーザー切断された鋼製部品の現実的な品質期待を確立することができます。
