Лазерно рязане на алуминиеви части: Пълното ръководство за получаване на чисти и прецизни резове

Ако разглеждате лазерно рязане на алуминиеви части, вероятно сте сблъснали с досадно препятствие. Високата отразяваща способност и топлопроводимост на алуминия го правят изключително труден за обработка. Прекарах над десетилетие в нашата работилница, където наблюдавах хиляди проекти – от тънки електронни корпуси до дебели радиатори. Разликата между детайл с ръбове, покрити с шлака, и чист, готов за употреба компонент, се дължи на няколко ключови, доказани в практиката принципа. Това ръководство ще ви покаже точно как да постигнете перфектни резове.

Защо фибер лазерите революционизираха рязането на алуминий

Нека бъдем ясни: ако се опитвате да режете алуминий с традиционен CO2 лазер, водите безнадеждна битка. Дължината на вълната от 10,6 микрона на CO2 лазера предимно се отразява от повърхността на алуминия, което води до прекомерно топлина, широки резове и лошо качество на ръба.

Решаващият фактор е влакнестият лазер с дължина на вълната 1 микрон. По-късата му вълна се абсорбира значително по-ефективно от алуминия. Превключването в нашата работилница от CO2 лазер с 4 kW към влакнест лазер с 3 kW доведе до 65% намаление на времето за рязане и почти пълно премахване на ръба от стопен материал при листове до 8 мм дебелина. За рязане на алуминий ви е необходим влакнест лазер.

Овладяване на параметрите: Настройка, тествана на работното място

Успехът при лазерно рязане на алуминий е точна наука. Ето нашия стандартен процес за често рязани марки като 5052 и 6061 алуминий.

Критичната триада: газ, дюза и фокус

Първо, използвайте винаги високочист азот (99,99% или по-висока чистота) като помощен газ, никога кислород. Кислородът създава груб, оксидиран ръб, докато азотът осигурява чист, свободен от оксиди рез. Давлението е от решаващо значение — при 3 kW лазер, който реже 3 мм алуминий, ние използваме около 16–18 бара. Недостатъчно давление оставя претопен материал по долния ръб.

Второ, изборът на дюза има значение. Използвайте висококачествена, цялостна дюза с диаметър, оптимизиран за дебелината на материала, например дюза с диаметър 2,0 мм или 2,5 мм. Износена или нискокачествена дюза причинява турбуленция на газа, която влошава качеството на ръба.

Трето, задайте правилно фокусната точка. За алуминий обикновено я поставяме леко под повърхността на материала — около -0,5 мм до -1 мм за лист с дебелина 3 мм. Това създава по-стегнат и енергичен лъч в долната част на разреза, което помага за изхвърляне на разтопения материал.

Параметри за рязане в реални условия

Това са нашите начални параметри, прецизно настроени вътрешно. Винаги правете пробно рязане първо.

За 5052-H32 алуминий с дебелина 1 мм използваме скорост на рязане 30 метра в минута, дюза с диаметър 1,5 мм, налягане на азота от 14 бара и лазерна мощност около 1,8 kW. Това обикновено дава огледално гладък, почти без приварки ръб.

За 3 мм дебелина алуминий 6061-T6, ние намаляваме скоростта до около 10 метра в минута. Използваме 2,0 мм сопло, увеличаваме налягането на азота до 16 бара и използваме по-висока лазерна мощност от около 2,7 kW. Резултатът е гладък ръб с минимално количество капки.

За 6 мм дебелина 5052-H32, рязането е с приблизително 4,2 метра в минута с 2,5 мм сопло, 18 бара налягане и пълна мощност от 3,0 kW. Ще получите леко структуриран ръб с някои механично премахваеми капки.

За 8 мм дебелина 6061-T6, движим се още по-бавно — около 2,0 метра в минута — с 2,5 мм сопло, 20 бара налягане и 3,0 kW мощност. Очаквайте структуриран ръб, който вероятно ще изисква леко заравняване.

Ключово наблюдение: Винаги режете 6061-T6 по-бавно от 5052. По-високото съдържание на силиций го прави по-вискозен в разтопено състояние, което изисква по-бавни скорости за чисто отстраняване на материала.

Как лазерното рязане се сравнява с други методи

Кога да използвате лазерно рязане и кога да изберете друг процес?

За прототипи и малки серии със сложни 2D геометрии в алуминиев лист най-добрият избор е фибер лазерно рязане. То осигурява най-бързо пускане в производство — от цифров файл до детайл за минути — с отличено качество на ръба, което изисква минимална последваща обработка. Най-ефективно е за дебелини до около 12–15 мм.

CNC фрезоване или маршрутизация може да обработва всички дебелини и осигурява много добро качество на ръба, въпреки че са видими следи от инструмента. Има по-бавно време за настройка и по-високи разходи за тънки листове поради изискванията за фиксиране. Не е подходящо за сложни 2D профили в тънки материали.

Водоструйно рязане може да обработва всякакви дебелини без термични ограничения, като създава добро, но матово повърхностно качество с лек наклон. Има умерена скорост на настройка, но постоянните разходи за абразив се увеличават, а за тънки материали е по-бавно от лазерното.

Класирането или рязането с дай-кът е възможно само при масово производство — имайте предвид над 10 000 части. То изисква изключително високи начални разходи и продължителни срокове за подготовка, но осигурява добри, макар леко неравни ръбове, ефективно при големи обеми за тънки листове под 3 мм.

Решението е ясно: за прототипи, малки до средни обеми и сложни двуизмерни форми в алуминиев лист, фибер лазерното рязане осигурява най-добрата комбинация от скорост, прецизност и икономическа ефективност.

Решаване на чести проблеми и болни точки

Ето решения на най-често срещаните проблеми, които откриваме в нашата работилница.

Ако ръбовете на реза ви са покрити с твърд, абразивен шлак, който е невъзможно да се премахне, вероятната причина е недостатъчно налягане на помощния газ или замърсен азот. Увеличете налягането на азота с 2-3 бара и се уверете, че използвате азот „за лазер“ с чистота 99,99%.

Ако лазерната глава постоянно дава грешка или получавате непоследователни резове, вероятно изпитвате отразяване назад от блестящата повърхност на алуминия. Нанесете леко покритие от маркиращ флуид, подходящ за лазерна обработка, върху листа — това значително увеличава абсорбцията на лъча, стабилизира реза и защитава оборудването ви. Флуидът лесно се измива след рязането.

Ако ръбовете са оцветени или имат забележима топлинно засегната зона, скоростта ви вероятно е твърде ниска или мощността твърде висока, което води до прекомерно нагряване на материала. Оптимизирайте за максималната скорост, която все още осигурява чист рез. По-бърз, „по-студен“ рез минимизира топлинните ефекти, което е особено важно, ако планирате анодиране на детайлите.

Последваща обработка и финиш

Лазерно изрязана част рядко е крайната стъпка. Ето какво обикновено следва.

Първо, премахване на заострените ръбове: Дори добрият рез може да има микрониво заостряне. Бързо преминаване с пяна за шкурене с фин абразив или вибрационна машина за премахване на заострените ръбове го почиства напълно.

За повърхностна обработка, ръбовете от лазерно рязане добре поемат матови или полирани повърхности. Облъчването с микрокълца преди анодиране създава особено равномерен вид.

Най-важното е, че ако планирате анодиране на вашите части: ръбът от лазерно рязане има тънък, аморфен оксиден слой, който може да попречи на анодирането и да причини неравномерен, петнист вид. Винаги уточнявайте, че ръбовете трябва да бъдат химически почистени или леко изтравени преди анодиране — решаваща стъпка, която много цехове пропускат.

ЧЗВ: Бързи отговори на вашите най-чести въпроси

1. Каква е максималната дебелина за лазерно рязане на алуминий?

Със съвременни високомощни фибролазери (6kW-12kW), рязане до 25 мм е технически възможно. Въпреки това, за практически, безгривни резултати с добри допуски, препоръчваме максимум 12 мм за 5052 и 10 мм за 6061. При дебелини над тези стойности водоструйното рязане или фрезоването стават по-надеждни.

2. Влияе ли лазерното рязане върху закаляването на алуминиеви сплави като Т6?

Да, но по много локализиран начин. Зоната с термично въздействие обикновено е дълбока само 0,1–0,3 мм от ръба на рязане. За повечето приложения това не компрометира детайла. Ако самият ръб е структурно критичен, може да се направи леко машинно обработване, за да се премахне ЗТВ.

3. Можете ли да режете анодиран алуминий с лазер?

Да, но с внимание. Оцветеният анодиран слой абсорбира лазера по различен начин, затова винаги правете пробно рязане първо. Може да се наложи да коригирате параметрите, а ръбът на рязане ще покаже тънка ивица суров алуминий. Анодизирането около мястото на рязане също може да промени цвета си леко поради топлината.

4. Как да получа точна оферта за лазерно режещи алуминиеви части?

Предоставете на доставчика четири ключови елемента: клас и дебелина на материала (например 6061-T6, 3 мм), чист DXF или DWG векторен файл, бройката и нуждите от последваща обработка като отстраняване на заострените ръбове или анодизиране.

Практическа бележка: Параметрите са базирани на нашия опит с конкретни IPG влакнесто-лазерни устройства. Вашият точни настройки може да се нуждаят от корекция въз основа на Вашия машинен модел, партида материали и околната среда. Винаги извършвайте пробни рязания, за да финализирате производствените си параметри.