3 Технологический процесс

Процессы (методы) термической резки и их порядковые но­мера согласно части 6 норм DIN 2310 приведены в нижеследующем обзоре.

3.1 Принцип лазерной резки

Лазерная резка представляет собой процесс термического разделения, при котором лазерный луч служит в качестве инструмента.

TLF-лазер TLF-лазер (часть лазерного агрегата) является источником практически параллельного светового луча с предельно малым углом раствора, чье распределение удельной энергии при наличии моды ТЕМ₀о соответствует кривой плотности нормального распределения (кривой Гаусса). Последующий лучевой телескоп расширяет лазерный луч. После покидания телескопа лазерный луч имеет почти удвоенный диаметр.

Лучевой телескоп и наружная оптика

После этого лазерный луч от лучевого телескопа через наруж­ную оптику, состоящую из фазокомпенсатора и отклоняющего зеркала, подается на фокусировочное устройство станка. Фокусировочное устройство состоит из линзы, которая соби­рает лазерный луч в фокальное пятно (фокус). В фокусе удельная мощность достигает величины более 10⁷ Вт/см. В зависимости от фокусного расстояния линзы, фокус распола­гается на различных расстояниях от нее.

Рисунок 13. Принцип лазерной резки

Фокус

В зависимости от требований обрабатываемого материала фокус располагается над поверхностью заготовки, на ней или под ней.

Процесс резки

Высокая удельная мощность ведет к быстрому нагреву, плавлению и частичному или полному испарению материала. Выходящий соосно лазерному лучу газовый поток удаляет материал из образующейся при резке прорези. Образующаяся при резке прорезь и, таким образом, кромка реза в заготовке определяется, в зависимости от конструкции станка, подачей фокусировочного устройства или заготовки или, соответст­венно, комбинацией обеих подач.

Рисунок 14. Лазерной резки: процесс резки

3.2 Обзор технологических процессов

Термическое разделение при помощи лазерного луча может быть подразделено на три различных процесса:

1. Сублимационная резка

2. Резка плавлением

3. Газовая резка

1. Лазерная сублимационная резка

При сублимационной резке материал под воздействием лазерного луча испаряется в зоне, образующейся при резке прорези. В качестве газов для резки используются инертные или химически пассивные газы, например, азот (N₂), гелий (Не) или аргон (Аr).

Применение: Данный процесс резки применяется как для металлов, так и для таких материалов, которые плавятся незначительно, или вообще не имеют расплавленного состояния. Такими мате­риала являются, например, древесина, бумага, керамика и пластмассы. При обработке неметаллических материалов заготовка должна быть защищена от экзотермической реакции (горения) потоком защитных газов. При обработке металлов необходимо интенсивность лазера выбрать настолько высокой, чтобы практически исключить потери на теплопроводность. Благодаря этому область рас­плавленной фазы в зоне взаимодействия лазерного луча и заготовки уменьшается до минимума.

Особенности лазерной сублимационной резки:

• Благодаря тому, что практически не происходит плавления материала, образуются гладкие кромки реза, которые не имеют такой ярко выраженной шероховатой структуры, как при резке плавлением или газовой резке.

• Зона теплового воздействия в краевой части кромки реза, а также общая тепловая нагрузка на заготовку сводятся к минимуму.

• Не образуется окисления кромки реза. Благодаря этому заготовка может подвергаться дальнейшей обработке, например, лакироваться или свариваться, без дополни­тельной обработки.

• Для сублимационной резки необходима высокая интен­сивность лазерного излучения.

• В связи с высокой удельной теплотой испарения металлов возможны лишь относительно невысокие скорости резания.

• Толщина металлических материалов не должна превышать 1 мм.