レーザーは 1970 年代に初めて切断に使用されました。集束されたレーザービームがワークピースに当たると、照射領域が急激に加熱され、材料が溶融または蒸発します。レーザービームがワークピースを貫通すると、切断プロセスが始まります。レーザービームは材料を溶かしながら輪郭に沿って移動します。そしてこちらはレーザーカットです！
レーザー切断技術のプロセスパラメータ
レーザー切断技術は誰もが知っているはずです。レーザー切断技術は、高-エネルギー-密度のレーザー ビームを使用して材料を正確に切断する加工方法です。金属および非金属材料の加工に広く使用されています。-最も一般的なレーザー切断装置はレーザー切断機です。
レーザー切断の主なプロセスパラメータには、切断レーザー出力、切断速度、切断厚さ、ガス流量が含まれます。レーザービームの品質、レンズの焦点距離、デフォーカス、ノズルなどの他の要因もレーザー切断に大きな影響を与えます。
1. レーザー出力
レーザー出力は、レーザー切断機の最も重要なパラメータの 1 つです。パワーが高いほど切断速度が速くなり、切断厚さが大きくなります。一般的に、レーザー出力とはレーザーの出力のことです。
材料の特性として、材料の表面反射率が高いと、材料の表面にレーザーを照射したときに、より多くのエネルギーが材料に吸収されずに反射されて切断されます。したがって、切断に必要なエネルギーを確保するには、レーザーの出力を高める必要があります。同様に、材料の熱伝導率が良い場合、レーザー照射により発生した熱が材料内部に伝わりやすく、切断面の温度が切断に必要な温度まで上昇しにくくなります。このとき、切断効率を高めるためにレーザーの出力も高める必要があります。さらに、高融点の材料を切断するには、より大きなレーザー出力と出力密度も必要になります。融点の高い材料は、切断の目的を達成するために、材料を溶解または蒸発させるためにより多くのエネルギーを必要とするためです。
2. 切断速度
特定の出力条件下では、プレートの厚さが増加すると、切断を完了するためにレーザー ビームがより深い材料層に浸透する必要があります。研究によると、切削速度と切削面粗さの関係は単純な線形関係ではなく、U 字型の変化傾向を示すことがわかっています。-これは、板厚や切断ガスの圧力条件が異なる材料に対して、最適な切断速度点があることを意味します。この速度で切断すると、切断面の粗さの値を最小限に抑えることができ、切断が最も滑らかになります。一般に、切断速度が速いほど、必要な電力も大きくなります。
切断速度とは、レーザー切断機が1分間に切断できる長さを指します。速度が速いほど効率が高くなります。レーザー切断機の切断速度は、材料の種類、厚さ、硬度などに関係し、レーザー出力やスポット径にも影響されます。
3. 切断厚さ
切断厚さとは、レーザー切断機が切断できる材料の厚さを指します。切断厚さに影響を与える要因には次のものがあります。
装置の出力: 装置の出力が高いほど、切断できる厚さは大きくなります。
材料の種類: 材料が異なると硬度、密度、靭性が異なり、切断厚さに影響します。
切断技術: 切断技術 (レーザー、ウォーター ジェット、プラズマなど) が異なると、最大切断厚さも異なります。
切断プロセスのパラメータ: 切断速度、ガス圧力なども切断厚さに影響します。
4. ガス圧力
溶断加工では、レーザー光により材料が溶融温度まで加熱され、この時に吹き出されるガスが液体金属を吹き飛ばす役割を果たし、切り込みを入れます。ガス圧力は、溶融金属を効果的に除去し、切断の連続性と切り込みの鮮明さを確保するのに十分な大きさでなければなりません。ガス流量はノズルの形状にも関係します。ノズルの形状が異なるとガスの分布や流量特性に与える影響が異なるため、適用できるガス流量も異なります。ノズルの選択とガス流量の設定時には、特定の切断要件と材料特性に合わせて最適化する必要があります。
5.ビーム
レーザーによって出力されるビーム モードは、切断効果にとって非常に重要です。実験研究によると、非-酸素-切断中の切開幅はレーザー スポットの直径とほぼ等しいことが示されています。スポット サイズは集束レンズの焦点距離に比例します。つまり、焦点距離が長いほどスポットは大きくなります。焦点距離が短いほど、スポットは小さくなります。ただし、焦点距離が短いレンズはより小さなスポットを得ることができますが、その分焦点深度も浅くなります。焦点深度が浅いほど、ワーク表面からレンズまでの距離要件が厳しくなります。デフォーカス量は切削速度と切削深さに大きな影響を与えるため、切削プロセス中は一定でなければなりません。一般に、デフォーカス量は負の値、つまり焦点位置が切断板面よりも下の点に置かれます。
6. ノズル
ノズルは、レーザー切断の品質と効率に影響を与える重要なコンポーネントです。レーザー切断では一般に同軸（空気流と光軸が同心）ノズルを使用し、切断材料の厚さに応じてノズル出口径を選択する必要があります。また、ノズルからワーク表面までの距離も切断品質に大きく影響します。切断プロセスの安定性を確保するには、この距離を変更しない必要があります。
レーザー切断品質評価基準
金属材料の切断におけるレーザーの応用はすでによく知られていますが、レーザー切断機を使用した場合の加工の品質をどのように判断するかを知らない人も多くいます。実際、切れ味は端面粗さ、底バリ、スリット幅などの観点から判断されることが多いです。
1. 端面粗さ
レーザーで材料を切断すると、空気の流れや送り速度の影響を受け、端面に垂直（または斜め）の線ができてしまいます。線が深いほど端面は粗くなり、線が浅くなるほど端面は滑らかになります。粗さはエッジの外観に影響を与えるだけでなく、摩擦特性にも影響します。したがって、粗さが低いほど切断品質は高くなります。レーザー出力、送り速度、焦点距離、補助ガスの種類、空気圧などのパラメータを調整することで、端面粗さを継続的に最適化できます。
2.底バリ
金属のレーザー切断の原理は、レーザーの高エネルギーによって金属を瞬時に蒸発させ、補助ガスによってワーク表面のスラグを吹き飛ばすことです。しかし、実際の加工では、材料の厚みやエア圧力の不足、送り速度の不一致などにより、冷却後にスラグがバリとなってワーク底面に付着することがあります。このとき、追加のバリ取り作業が必要となり、余分な作業時間がかかってしまいます。ワーク底部のバリやノロは切れ味を判断する非常に重要な基準となります。
3. 縫い目の幅をカットする
カットシーム幅は加工精度を反映します。通常、切断品質には影響しません。切断継ぎ目の幅は、ワークピースの内側に特に正確な輪郭やパターンを形成する必要がある場合にのみ重要な指標になります。切断縫い目の幅によって、輪郭の最小内径が決まります。切断シーム幅が狭いほど、輪郭がより正確になり、より小さな穴径を加工できます。これは、プラズマ切断に代わるレーザー切断の重要な利点の 1 つでもあります。
レーザー切断技術の応用改善戦略
レーザー切断技術を実際に応用する際には、切断効率の向上、切断品質の向上、切断コストの削減がよく考慮されるべき事項の 1 つです。レーザー切断技術を改善して生産効率を向上させ、切断品質を向上させ、コストを削減するには、次の側面から始めることができます。
1. レーザー技術の進歩により、高出力レーザーの使用により切断速度が大幅に向上すると同時に、熱影響部と材料の変形が軽減され、切断の効率と品質が向上し、特に厚い材料の切断に適しています。-
2. レーザー出力、切断速度、補助ガスの種類と圧力、ノズルと材料間の距離などのパラメータを合理的に調整し、特定の材料と切断要件に応じて細かく設定します。複数のテストを通じて、切断効率と品質を向上させるための最適なパラメータの組み合わせを見つけます。
3. 自動焦点システムにより、材料の厚さと種類に応じてレーザー焦点位置が自動的に調整され、切断精度が保証されます。
4. 切削ヘッドを次の切削開始点に素早く移動することで、非切削時間を短縮し、全体的な作業効率を向上させます。-
5. 材料のエッジと傾斜角度を自動的に検出し、切断パスを自動的に調整し、材料の無駄と前処理時間を削減します。
6. シミュレートされた切断にネスティング ソフトウェアを使用し、最も単純な切断パスを計画し、空のストロークを減らし、材料の利用率と切断速度を向上させます。
7. 装置の長期的な安定した動作を確保し、最適な切断性能を維持するために、摩耗部品の交換、光学部品の洗浄、装置の校正など、レーザー切断機の保守と整備を定期的に行ってください。-
8. レーザー切断機の作業環境は、ほこりや過度の湿気が装置や切断効果に影響を与えないよう、適切な温度と適度な湿度で清潔に保ちます。
9. より高度な制御システムとソフトウェアを使用して、制御精度と応答速度を向上させ、より複雑な切断タスクをサポートします。
10. 切断能力を継続的に向上させるために、より効率的なレーザー光源、より高度な光学システム、インテリジェントなソフトウェアアルゴリズムなどのレーザー技術の新たな発展に引き続き注意を払います。
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