Лазерна технология

Пробиване? Помислете за това като използване на мощнa клеща за изрязване на форми от метал.

Лазерно рязане? Използва силно фокусиран лъч светлина, за да раздели метала с изключителна прецизност. Изборът на правилния метод на рязане е от решаващо значение за вашия бизнес.

Какво е пробиване?

Пробиването използва контролирана механична сила за премахване на материал от листов метал. Пресата за пробиване задвижва хардуени стоманени матрици, които пробиват заготовката с висока скорост. Този процес може бързо и чисто да създава отвори, процепи и сложни форми за секунди.

Съвременните преси за пробиване използват хидравлични или механични системи. Горната матрица (пробойник) се спуска през материала, докато долната матрица (матричен блок) поддържа заготовката. Разделянето на материала се случва, когато пробойникът проникне на около 30% до 40% от дебелината на листа.

Пресите за пробиване се предлагат в различни конфигурации – от прости едностанционни устройства до сложни туретни системи. Туретните преси могат автоматично да въртят множество инструменти, което позволява бързо създаване на шаблони без ръчна смяна на матриците. Системи за числово програмно управление (CNC) прецизно позиционират заготовката, осигурявайки възпроизводима точност.

Как работи пробиването?

Процесът на пробиване системно премахва материал чрез система за изрязване. Оператор поставя металния лист на масата на пресата и го подравнява спрямо насочваща система. Пробойникът се спуска с контролирана скорост, обикновено между 100 и 500 хода в минута.

Процесът на пробиване протича в три отделни етапа:

Етап на проникване: Пробойникът докосва материала и започва да навлиза в него.

Етап на изрязване: Материалът се напуква, когато пробойникът достигне критична дълбочина.

Етап на отделяне: Пробойникът се издърпва обратно, докато плочата за отделяне предотвратява залепването на материала.

Изборът на инструмент определя качеството на отворите и производствената ефективност. Добре поддържани, остри инструменти произвеждат чисти отвори с минимални захаби. Зазорът на матрицата (разстоянието между пробойника и матрицата) трябва да съответства на дебелината и вида на материала за оптимални резултати.

Какви са предимствата на пробиването?

Пробиването предлага множество предимства, които го правят най-добрия избор за определени машинни операции. Основните предимства включват:

• Висока скорост: Съвременните пробойни преси, като кулообразните пробойни преси, могат да обработват от 500 до 1000 отвора в минута — значително по-бързо от лазерното рязане — което позволява бързо производство на големи количества детайли.

• Изгодност при големи тиражи: Пробиването става много икономично при масови производствени серии. След първоначалния разход за инструменти, разходът за всяко отделно детайл е много нисък. Освен това се премахва само необходимият метал, което минимизира материалните загуби.

• Гъвкавост при формоване: Пробиването не се ограничава само до правене на отвори. То може също да създава вдлъбнатини, капачета, релефни елементи и други формовани особености в един-единствен ход. Някои инструменти могат да извършват множество действия едновременно, което намалява времето за обработка.

• Последователност и възпроизводимост: Всяко детайл е напълно идентично на другите. Тъй като се използва механична сила, без генериране на топлина, не се променя вътрешната структура на метала. Лесно може да се поддържа геометрията на детайла в рамките на ±0,002 инча.

Какви са недостатъците на пробиването?

Въпреки множеството си предимства, пробиването има някои ограничения, които трябва да се имат предвид:

• Висока първоначална цена на инструментите: Инструментите за пробиване могат да бъдат скъпи. Персонализирани матрици за специфични шаблони могат да струват между 500 и 5000 долара, в зависимост от размера и сложността. При малки серийни производствени серии възстановяването на тези високи разходи може да е предизвикателство.

• Ограничения по материали: Пробиването не е подходящо за всички материали. Обикновено се използва за листове с дебелина между 0,010 и 0,500 инча, в зависимост от твърдостта на метала. Много твърдите метали може да изискват специално оборудване или алтернативни методи за рязане.

• Променливо качество на ръба: Ръбовете на избутания метал не винаги са гладки. Краят резултат зависи от типа метал и състоянието на инструмента. При някои метали ръбовете могат да бъдат неравни или напукани, което потенциално изисква вторични операции като обработка за премахване на заравнини.

• Геометрични ограничения: Пробиването има ограничения по размер. Много малки отвори спрямо дебелината на материала не са изпълними. Създаването на сложни форми или фини криви може да изисква скъпи прогресивни матрици за пробиване или множество операции.

Какво е Лазерно Режене?

Лазерното рязане използва силно концентриран лъч светлина, за да разтопи, изгори или изпари материал по предварително зададена линия на рязане. Лазерният лъч е изключително фокусиран, което позволява прецизни резове, макар че причинява малка зона с топлинно въздействие (HAZ) в непосредствената област.

CO2 лазерите често се използват за рязане на листови метали и излъчват инфрачервена светлина с дължина на вълната 10,6 микрона. Въпреки това, влакнестите лазери стават все по-популярни поради по-добрите режещи възможности и по-висока енергийна ефективност.

Процесът на рязане включва няколко едновременни действия. Лазерът нагрява метала, докато се стопи или изпари. Помощен газ, като кислород, азот или въздух, след това издухва разтопения материал от процепа. CNC машината движи лазерната глава по точно определен път, зададен от цифровия дизайн.

Лазерното рязане може да обработва листов метал с дебелина от 0,005 инча до 6 инча, в зависимост от мощността на лазера и вида на материала.

Разбиране на процеса на лазерно рязане

Лазерното рязане започва с подготовката на файл с компютърно проектиране (CAD). Софтуер за подреждане подрежда детайлите върху листа, за да се минимизира отпадъкът. След това CNC програмирането преобразува геометрията в инструкции, които машината може да чете.

Системата за доставка на лъча предава лазерната енергия от източника до режещата глава. Вълаконни кабели или огледала насочват лъча, като запазват фокуса. Фокусиращо леща концентрира енергията в точка с диаметър обикновено между 0,006 и 0,012 инча.

Системата за движение позиционира рязещата глава с изключителна точност. Линейни мотори или серво задвижвания осигуряват точност на позициониране в рамките на ±0,001 инча. Синхронизирано движение на множество оси позволява бързо рязане на сложни контури.

Мониторинг на процеса гарантира постоянство на качеството на рязане. Сензори откриват моментите на пробиване, следят налягането на помощния газ и контролират подравняването на лъча. Автоматичен контрол на височината поддържа оптималната фокусна позиция спрямо повърхността на материала.

Какви са предимствата на лазерното резане?

Лазерното рязане е известно с високата си прецизност и чистите резултати и предлага няколко предимства за съвременното производство:

• Висока прецизност и точност: Лазерното рязане постига тесни допуски, типично около ±0,002 инча, с минимален конус. То може да произвежда високоточни, сложни форми без нужда от скъпо физическо инструментиране.

• Гъвкавост в дизайна и бързо изпълнение: Промените в дизайна се прилагат просто чрез актуализиране на програмата на машината, често за минути. Това прави лазерното рязане идеално за прототипиране и производство в малки до средни серии.

• Разнообразие от материали: Лазерните машини могат да режат широк спектър от материали, включително метали, пластмаси, керамика и композити. Те осигуряват висококачествени резултати както върху тънки, така и върху дебели стоманени листове.

• Отлично качество на ръба: Ръбовете обикновено са много гладки, често премахвайки необходимостта от вторична обработка. При правилни настройки рязането е право и чисто с малка зона, засегната от топлина.

• Липса на износване на инструменти: Тъй като лазерният лъч не контактува физически с материала, няма износване на инструменти. Това елиминира разходите и прекъсванията, свързани с подмяната на матрици и пуансоны.

Какви са основните недостатъци на лазерното рязане?

Въпреки че е известно с високата си прецизност, лазерното рязане има някои недостатъци, които могат да повлияят на производственото време, разходите и избора на материали:

• По-бавно за прости форми: Лазерното рязане обикновено е по-бавно от перфорацията при производството на прости форми и стандартни отвори. При сложни дизайни, изискващи множество минавания, общата скорост намалява, което може да бъде проблем при производство в големи обеми и кратки срокове.

• Високи експлоатационни разходи: Лазерните машини имат високо енергийно потребление и изискват редовно поддържане. Компоненти като лазерни тръби, лещи и огледала се износват и трябва да се подменят. Разходите за помощни газове като азот или кислород също увеличават експлоатационните разходи.

• Ограничения по материал и дебелина: Възможностите за рязане са ограничени от типа и дебелината на материала, които зависят от мощността на лазера. Отразяващи материали като мед и алуминий могат да бъдат трудни за рязане. Много дебели сечения може да изискват няколко минавания или специализирано оборудване.

• Зоната, засегната от топлина (HAZ): Входящата топлина по време на рязане може да промени металургичните свойства в близост до ръба на реза, което потенциално влияе на работата на детайла. При някои приложения може да се изисква последваща обработка за отстраняване на HAZ.

Каква е разликата между пробиване и лазерно рязане?

Основната разлика се крие в начина, по който се премахва материала, и в характеристиките на получения рез.

Пробиването използва мощнa механична сила, за да изстърги материала. Това създава характерен ръб с гладки (изструговани) и неравни (напукани) участъци. Премахнатата парче материал (слъг) напълно се избутва от основния лист.

Лазерното рязане, напротив, използва топлинна енергия за премахване на материала. Лазерът стопява или изпарява метала по линията на рязане, създавайки гладък, тесен процеп, известен като керф, и оставяйки ръб, засегнат от топлина. За разлика от пробиването, лазерът премахва материала непрекъснато, което позволява създаването на изключително сложни форми, които са невъзможни при пробиване.

Сравнителна таблица на процесите пробиване и лазерно рязане:

От производствена гледна точка, пробиването превъзхожда при високоскоростното създаване на отделни елементи като отвори и прости форми, докато лазерното рязане предлага по-добра геометрична гъвкавост за сложни контури и изящни детайли.

Как да изберем: Пробиване или лазерно рязане?

Изборът между пробиване и лазерно рязане зависи от изискванията на проекта. Фактори като обем, геометрична сложност, тип материала и общата цена имат значителна роля.

1. Въз основа на обема на производството

За производство в големи серии (над 1000 части), пробиването често е по-добрият избор поради скоростта си и по-ниската цена на част. За тестване на дизайни или малки серии, лазерното рязане е по-гъвкаво и икономически изгодно, тъй като избягва високите разходи за инструменти.

2. Въз основа на размера и дизайна на детайла

Геометрията на детайла е от решаващо значение. Пробиването е идеално за прости отвори и базови форми. Ако вашият дизайн включва сложни контури, фини детайли или изисква много висока прецизност, лазерното рязане е по-добрият вариант.

3. Въз основа на типа материал

И двата метода работят добре с тънки листови метали (под 0,125 инча). За по-дебели материали лазерното рязане обикновено има по-добри резултати. Упражнявайте предпазливост при силно отразяващи метали като мед или чист алуминий, тъй като те могат да създадат трудности за лазерните резачни машини.

4. Въз основа на разходи и ефективност

За да намерите най-добрата стойност, вземете предвид общите разходи – не само машинното време. Пробиването може да изисква скъпо специално инструменти и време за настройка. Лазерното рязане може да бъде по-бавно за отделна детайл, но често изисква по-малко вторични операции. По-добрият избор зависи от конкретните изисквания за производство.

Пробиването е идеално за производство на големи количества детайли с прости форми. Бързо е и осигурява ниска цена на детайл, особено при основни геометрии като кръгове или квадрати. Лазерното рязане е по-подходящо за големи, сложни форми, дори при по-малки количества. То осигурява по-голяма прецизност и гъвкавост, макар и при леко по-висока цена на детайл.

Оптималният избор в крайна сметка зависи от броя необходими части, сложността на конструкцията и бюджета. Много проницателни производители използват двата метода, като избират най-подходящия процес за всяка конкретна задача. Комбинирането на пробиване и лазерно рязане често може да доведе до най-добри общо резултати.