¿Cuál es el principio de la máquina de corte por láser?
El láser es un tipo de luz como cualquier otra luz natural, se produce por la transición de átomos (moléculas o iones, etc.). ). Pero la diferencia con la luz normal es que el láser inicialmente sólo se basa en un período muy corto de radiación espontánea, y el proceso posterior está completamente determinado por la radiación láser. Por lo tanto, el láser tiene un color muy puro, casi no divergente. direccionalidad, y es de intensidad luminosa extremadamente alta y alta coherencia.
El corte por láser se consigue utilizando la energía de alta densidad de potencia generada al enfocar el láser. Bajo el control de una computadora, el láser recibe un impulso para descargarse, generando así un láser de pulso de alta frecuencia con una tasa de repetición controlada, formando un haz con una frecuencia determinada y un ancho de pulso determinado. El rayo láser pulsado se transmite y refleja a través de la trayectoria óptica y se enfoca en la superficie del objeto a procesar a través del grupo de lentes de enfoque, formando un pequeño punto de alta densidad de energía. El punto focal se encuentra cerca de la superficie. a procesar, lo que hace que el material a procesar se derrita o se vaporice a una temperatura alta instantánea. Cada pulso láser de alta energía crea un pequeño agujero en la superficie del objeto en un instante. Bajo el control de la computadora, el cabezal de procesamiento láser y el material a procesar se mueven continuamente entre sí según el patrón previamente dibujado, procesando así el objeto en la forma requerida.
Los parámetros del proceso (velocidad de corte, potencia del láser, presión del gas, etc.) y la trayectoria del movimiento son controlados por el sistema CNC, y la escoria en la hendidura es eliminada por el gas auxiliar de una cierta presión. .
2. El proceso principal de la máquina de corte por láser
1. Corte por vaporización
Durante el proceso de corte por vaporización por láser, la velocidad a la que la temperatura de la superficie de el material se eleva a la temperatura del punto de ebullición demasiado rápido para evitar la fusión causada por la conducción de calor, por lo que algunos materiales se evaporan en vapor y desaparecen, y algunos materiales son expulsados del fondo de la rendija por el flujo de aire auxiliar como eyecciones. En este caso se requiere una potencia láser muy alta.
Para evitar que el vapor del material se condense en la pared de la incisión, el espesor del material no puede exceder mucho el diámetro del rayo láser. Por lo tanto, este proceso sólo es adecuado para aplicaciones donde se debe evitar la exclusión de material fundido. De hecho, este procesamiento sólo se utiliza en pequeñas aplicaciones de aleaciones a base de hierro.
Este proceso no se puede utilizar con materiales como la madera y determinadas cerámicas, que no se encuentran en estado fundido y por lo tanto no pueden volver a condensar el vapor del material. Además, estos materiales suelen llegar en cortes más gruesos. En el corte por vapor con láser, el enfoque óptimo del haz depende del espesor del material y de la calidad del haz. La potencia del láser y el calor de vaporización tienen sólo una cierta influencia en la posición óptima del enfoque. Cuando el espesor de la lámina permanece constante, la velocidad máxima de corte es inversamente proporcional a la temperatura de gasificación del material. La densidad de potencia del láser requerida es superior a 108 W/cm2, dependiendo del material, la profundidad de corte y la posición de enfoque del haz. Cuando el espesor de la placa es fijo, la velocidad máxima de corte está limitada por la velocidad de inyección de gas, suponiendo que la potencia del láser sea suficiente.
2. Fusión y corte
En el corte por fusión por láser, la pieza de trabajo se funde parcialmente y el material fundido es expulsado por el flujo de aire. Debido a que la transferencia de material solo ocurre en su estado líquido, el proceso se llama corte por fusión por láser.
El rayo láser se combina con un gas de corte inerte de alta pureza para hacer que el material fundido abandone la hendidura, y el gas en sí no participa en el corte. El corte por fusión por láser puede alcanzar velocidades de corte más altas que el corte por gasificación. La energía necesaria para gasificar es generalmente mayor que la energía necesaria para fundir el material. En la fusión y el corte por láser, el rayo láser sólo se absorbe parcialmente. La velocidad máxima de corte aumenta al aumentar la potencia del láser y disminuye casi inversamente al aumentar el espesor de la lámina y la temperatura de fusión del material. Cuando la potencia del láser es constante, los factores limitantes son la presión del aire en la incisión y la conductividad térmica del material. El corte por fusión por láser puede lograr un corte sin oxidación de materiales de hierro y metales de titanio. Para materiales de acero, la densidad de potencia del láser que produce fusión en lugar de vaporización está entre 104W/cm2 y 105W/cm2.
3. Fusión y corte oxidativo
Generalmente se utiliza gas inerte para fundir y cortar.
Si en su lugar se utiliza oxígeno u otros gases reactivos, el material se encenderá bajo la irradiación del rayo láser y sufrirá una violenta reacción química con el oxígeno para generar otra fuente de calor para calentar aún más el material. Esta es la llamada fusión por oxidación. corte.
Debido a este efecto, cuando se corta acero estructural del mismo espesor mediante este método, la velocidad de corte puede ser mayor que la del corte por fusión. Por otro lado, este método puede tener peor calidad de corte que el corte por fusión. De hecho, producirá cortes más anchos, una rugosidad significativa, mayores zonas afectadas por el calor y una peor calidad de los bordes. El corte por llama con láser no es bueno para procesar modelos de precisión y esquinas afiladas (existe el riesgo de quemar las esquinas afiladas). Los láseres de modo pulsado se pueden utilizar para limitar los efectos térmicos y la potencia del láser determina la velocidad de corte. Cuando la potencia del láser es constante, los factores limitantes son el suministro de oxígeno y la conductividad térmica del material.
4. Corte controlado de grietas
Para materiales frágiles que se dañan fácilmente con el calor, se utiliza calentamiento por rayo láser para un corte controlado de alta velocidad, lo que se denomina corte controlado por fractura. El contenido principal de este proceso de corte es que el rayo láser calienta una pequeña área del material quebradizo, provocando un gran gradiente térmico y una severa deformación mecánica en la zona, dando como resultado grietas en el material. Mientras se mantenga un gradiente de calentamiento equilibrado, el rayo láser puede guiar las grietas en cualquier dirección deseada.