Лазерна технологія

Пробивання? Уявіть це як використання потужного штампа для вирізання форм із металу.

Лазерне різання? Воно використовує високофокусований промінь світла, щоб розрізати метал із надзвичайною точністю. Вибір правильного методу різання має вирішальне значення для вашого бізнесу.

Що таке пробивання?

Пробивання використовує контрольоване механічне зусилля для видалення матеріалу з листового металу. Прес для пробивання за допомогою загартованої сталевої матриці пробиває заготовку на високій швидкості. Цей процес може чисто створювати отвори, пази та складні форми за кілька секунд.

Сучасні преси для пробивання використовують гідравлічні або механічні системи. Верхня матриця (пробійник) опускається крізь матеріал, тоді як нижня матриця (матричний блок) підтримує заготовку. Розділення матеріалу відбувається, коли пробійник проникає приблизно на 30–40% товщини листа.

Преси для пробивання бувають різних конфігурацій — від простих одностанційних установок до складних барабанних систем. Барабанні преси можуть автоматично обертати кілька інструментів, забезпечуючи швидке створення шаблонів без необхідності ручної заміни матриць. Системи ЧПУ точно позиціонують заготовку, забезпечуючи відтворювану точність.

Як працює пробивання?

Процес пробивання систематично видаляє матеріал за допомогою системи зсуву. Оператор розміщує металевий лист на прес-столі, суміщаючи його із системою орієнтації. Пунш опускається з контрольованою швидкістю, зазвичай від 100 до 500 ходів на хвилину.

Процес пробивання відбувається в три окремі етапи:

Етап проникнення: пунш торкається матеріалу та починає входити в нього.

Етап зсуву: матеріал руйнується, коли пунш досягає критичної глибини.

Етап виштовхування: пунш повертається назад, тоді як плита виштовхувача запобігає прилипанню матеріалу.

Вибір інструменту визначає якість отворів і ефективність виробництва. Добре утримувані гострі інструменти забезпечують чисті отвори з мінімальними заусенцями. Зазор матриці (проміжок між пуншем і матрицею) має відповідати товщині та типу матеріалу для досягнення оптимальних результатів.

Які переваги має процес пробивання?

Пробивання пропонує численні переваги, що робить його найкращим вибором для певних технологічних операцій. Основні переваги включають:

• Висока швидкість: Сучасні пробивні преси, такі як баштові пробивні преси, можуть обробляти від 500 до 1000 отворів на хвилину — значно швидше, ніж лазерне різання, — що дозволяє швидко виробляти великі партії деталей.

• Вигідність при великих обсягах: Пробивання стає дуже економічним для масового виробництва. Після початкових витрат на оснащення вартість кожної деталі дуже низька. Крім того, видаляється лише необхідний метал, що мінімізує відходи матеріалу.

• Універсальність формування: Пробивання обмежується не тільки отворами. Воно також може створювати потайки, жалюзі, рельєфні елементи та інші формовані особливості за один крок. Деякі інструменти можуть виконувати кілька операцій одночасно, скорочуючи час обробки.

• Стабільність і відтворюваність: Кожна деталь ідентична. Оскільки використовується механічне зусилля без утворення тепла, внутрішня структура металу не змінюється. Можна легко підтримувати геометрію деталі в межах ±0,002 дюйма.

Які недоліки пробивання?

Незважаючи на численні переваги, пробивання має певні обмеження, які варто врахувати:

• Висока початкова вартість оснащення: Інструменти для пробивання можуть бути дорогими. Спеціальні матриці для окремих візерунків можуть коштувати від 500 до 5000 доларів, залежно від розміру та складності. Для невеликих серій виробництва відшкодування цих високих витрат може бути складним.

• Обмеження щодо матеріалу: Пробивання не підходить для всіх матеріалів. Зазвичай воно працює з листами товщиною від 0,010 дюйма до 0,500 дюйма, залежно від твердості металу. Дуже тверді метали можуть вимагати спеціального обладнання або альтернативних методів різання.

• Нестабільність якості краю: Краї штампованого металу не завжди бувають гладкими. Остаточний результат залежить від типу металу та стану інструменту. У деяких металів краї можуть бути нерівними або мати тріщини, що потенційно вимагає додаткових операцій, таких як заусенцювання.

• Геометричні обмеження: пробивання має обмеження щодо розмірів. Дуже малі отвори відносно товщини матеріалу є непрактичними. Створення складних форм або тонких кривих може вимагати дорогих поступових штампів або кількох етапів обробки.

Що таке лазерна різка?

Лазерне різання використовує дуже концентрований промінь світла для плавлення, згоряння або випаровування матеріалу вздовж заданого шляху різання. Промінь лазера надзвичайно сфокусований, що дозволяє виконувати високоточне різання, хоча це призводить до утворення невеликої зони теплового впливу (ЗТВ) безпосередньо в зоні обробки.

Лазери СО2 широко використовуються для різання листового металу, випромінюючи інфрачервоне світло з довжиною хвилі 10,6 мкм. Однак волоконні лазери набувають все більшої популярності завдяки кращим показникам різання та вищій енергоефективності.

Процес різання включає кілька одночасних дій. Лазер нагріває метал до плавлення або випаровування. Допоміжний газ, такий як кисень, азот або повітря, видаляє розплавлений матеріал із лінії різання. Устаткування з ЧПК переміщує лазерну головку по точному шляху, визначеному цифровим проектом.

Лазерне різання може обробляти листовий метал завтовшки від 0,005 дюйма до 6 дюймів, залежно від потужності лазера та типу матеріалу.

Розуміння процесу лазерного різання

Лазерне різання починається з підготовки файлу комп'ютерної графіки (CAD). Програмне забезпечення для розміщення деталей на листі мінімізує відходи. Потім програмування ЧПК перетворює геометрію на команди, що їх розуміє верстат.

Система передачі променя передає лазерну енергію від джерела до головки різання. Волоконно-оптичні кабелі або дзеркала спрямовують промінь, зберігаючи фокус. Фокусуюча лінза концентрує енергію в пляму діаметром зазвичай від 0,006 до 0,012 дюйма.

Система руху забезпечує екстремально високу точність позиціонування головки для різання. Лінійні двигуни або сервоприводи досягають точності позиціонування в межах ±0,001 дюйма. Синхронізований рух багатьох осей дозволяє виконувати швидке різання складних контурів.

Контроль процесу забезпечує стабільну якість різання. Датчики визначають момент прориву, контролюють тиск допоміжного газу та слідкують за вирівнюванням променя. Автоматичне регулювання висоти підтримує оптимальне фокусне положення щодо поверхні матеріалу.

Які переваги лазерної розрізки?

Лазерне різання відоме своєю високою точністю та чистотою результатів і має кілька переваг для сучасного виробництва:

• Висока точність: лазерне різання забезпечує вузькі допуски, зазвичай близько ±0,002 дюйма, із мінімальним конусом. Воно дозволяє отримувати високоточні, складні форми без необхідності у дорогому фізичному інструменті.

• Гнучкість у проектуванні та швидке виконання: Зміни у конструкції реалізуються просто шляхом оновлення програми верстата, часто протягом кількох хвилин. Це робить лазерну різку ідеальною для створення прототипів та виробництва малої та середньої серії.

• Універсальність матеріалів: Лазерні верстати можуть різати широкий спектр матеріалів, включаючи метали, пластмаси, кераміку та композити. Вони забезпечують високоякісні результати як на тонких, так і на товстих сталевих листах.

• Відмінна якість краю: Краї зазвичай дуже гладкі, що часто усуває необхідність вторинної обробки. За правильних налаштувань розрізи прямі й чисті, з малим термічно впливовим зоною.

• Відсутність зносу інструменту: Оскільки лазерний промінь фізично не контактує з матеріалом, зносу інструменту не відбувається. Це усуває витрати та простої, пов’язані з заміною пуансонів і матриць.

Які основні недоліки лазерної різки?

Хоча лазерна різка відома своєю точністю, вона має певні недоліки, які можуть впливати на час виробництва, вартість та вибір матеріалу:

• Повільніше для простих форм: лазерне різання, як правило, повільніше, ніж пробивання, при виготовленні простих форм та стандартних отворів. Для складних конструкцій, що вимагають кількох проходів, загальна швидкість знижується, що може стати проблемою для виробництва великих обсягів із жорсткими термінами.

• Високі експлуатаційні витрати: лазерні різаки споживають багато енергії та потребують регулярного технічного обслуговування. Такі компоненти, як лазерні трубки, лінзи та дзеркала, зношуються й потребують заміни. Вартість допоміжних газів, таких як азот чи кисень, також збільшує експлуатаційні витрати.

• Обмеження за матеріалом і товщиною: можливості різання обмежені типом матеріалу та його товщиною, що залежить від потужності лазера. Важко різати відбивні матеріали, такі як мідь та алюміній. Дуже товсті перерізи можуть вимагати кількох проходів або спеціального обладнання.

• Зона термічного впливу (ЗТВ): Тепловий вплив під час різання може змінити металургійні властивості поблизу краю розрізу, потенційно впливаючи на експлуатаційні характеристики деталі. У деяких застосуваннях може знадобитися додаткова обробка для усунення впливу ЗТВ.

У чому різниця між пробивкою та лазерним різанням?

Основна відмінність полягає у способі видалення матеріалу та характеристиках отриманого розрізу.

Пробивка використовує потужне механічне зусилля для зрізання матеріалу. Це створює характерний край із ділянками зрізу (гладкими) та розриву (шорсткими). Видалений шматок матеріалу (відламок) повністю виштовхується з основного аркуша.

Лазерне різання, навпаки, використовує теплову енергію для видалення матеріалу. Лазер плавить або випаровує метал уздовж лінії розрізу, утворюючи гладкий, вузький зазор, відомий як ширина розрізу, і залишає край, який піддався тепловому впливу. На відміну від пробивки, лазер видаляє матеріал безперервним потоком, що дозволяє створювати надзвичайно складні форми, які неможливо отримати пробивкою.

Таблиця порівняння пробивання та лазерного різання:

З точки зору виробництва, пробивання дозволяє швидко створювати окремі елементи, такі як отвори та прості форми, тоді як лазерна різка забезпечує кращу гнучкість у формуванні складних контурів і деталей.

Як обрати: пробивання чи лазерну різку?

Вибір між пробиванням та лазерною різкою залежить від вимог проекту. Такі фактори, як обсяг виробництва, складність геометрії, тип матеріалу та загальна вартість, мають важливе значення.

1. Залежно від обсягу виробництва

Для великих серій (понад 1000 деталей) пробивання часто є кращим варіантом завдяки високій швидкості та нижчій вартості на одиницю продукції. Для тестування конструкцій або малих партій лазерна різка є більш гнучкою та економічно вигідною, оскільки усуває високі витрати на оснащення.

2. Залежно від розміру та конструкції деталі

Геометрія деталі має ключове значення. Пробивання ідеально підходить для простих отворів та базових форм. Якщо ваша конструкція передбачає складні контури, дрібні деталі або високу точність, лазерна різка є кращим варіантом.

3. На основі типу матеріалу

Обидва методи добре працюють із тонким листовим металом (товщиною менше 0,125 дюйма). Для більш товстих матеріалів, як правило, краще підходить лазерне різання. Будьте обережні з високовідбивними металами, такими як мідь або чистий алюміній, оскільки вони можуть ускладнювати роботу лазерних різаків.

4. На основі вартості та ефективності

Щоб знайти найкраще співвідношення ціни та якості, враховуйте загальну вартість — не лише час роботи обладнання. Для пробивання може знадобитися дороге спеціальне інструментальне оснащення та час на налаштування. Лазерне різання може бути повільнішим на один виріб, але часто потребує менше додаткових операцій. Найкращий варіант залежить від ваших конкретних виробничих вимог.

Пробивання ідеально підходить для виготовлення великої кількості деталей із простими формами. Це швидкий спосіб із низькою вартістю на один виріб, особливо для базових геометрій, таких як кола або квадрати. Лазерне різання краще підходить для великих складних форм, навіть при меншій кількості. Воно забезпечує більшу точність і гнучкість, хоча й з трохи вищою вартістю на один виріб.

Остаточний вибір залежить від кількості необхідних деталей, складності конструкції та бюджету. Багато розумних виробників використовують обидва методи, вибираючи найкращий процес для кожного конкретного завдання. Поєднання пробивання та лазерного різання часто дає найкращі загальні результати.