Proces rezania hliníka a hliníkovej zliatiny vláknovým laserovým rezacím strojom

Laserový rezací stroj s optickými vláknami dokáže spracovať hliník z neželezných kovov a hliníkovú zliatinu

Neželezné kovy vo všeobecnosti označujú všetky kovy okrem železa (a niekedy mangánu a chrómu) a zliatin na báze železa. Hliník a jeho zliatiny sú tiež neželezné kovy. V priemysle spracovania kovov sú laserové rezacie stroje bežným spracovateľským zariadením. Vláknové laserové rezacie stroje dokážu spracovať hliník a jeho zliatiny. Dozvieme sa o laserovom rezaní hliníka a hliníkových zliatin.

Laserové rezanie hliníka a jeho zliatin:

Čistý hliník je ťažšie rezať ako kovy na báze železa kvôli jeho nízkej teplote topenia, vysokej tepelnej vodivosti a najmä nízkej miere absorpcie CO2 laserov. Nielenže je rýchlosť rezania nízka, ale aj spodná hrana rezu je náchylná na lepenie trosky a rezná plocha je drsná. Vďaka zahrnutiu ďalších zliatinových prvkov do hliníkových zliatin sa absorpcia CO2 a laserového svetla v pevnom stave zvyšuje, čo uľahčuje rezanie ako čistý hliník s mierne väčšou hrúbkou rezu a rýchlosťou. V súčasnosti sa na rezanie hliníka a jeho zliatin bežne používa CO2 laser, kontinuálny laser alebo pulzný laser.

Plynulé rezanie laserom CO2:

（1） Výkon lasera.

Výkon lasera potrebný na rezanie hliníka a jeho zliatin je väčší ako výkon potrebný na rezanie zliatin železa. Laserom s výkonom 1 kW je možné rezať priemyselný čistý hliník s maximálnou hrúbkou cca 2 milimetre a platne z hliníkovej zliatiny s maximálnou hrúbkou cca 3 milimetre. Laserom s výkonom 3 kW je možné rezať priemyselný čistý hliník s maximálnou hrúbkou cca 10 mm. Laser má výkon 5,7 kw a dokáže rezať priemyselný čistý hliník s maximálnou hrúbkou cca 12,7 mm a rýchlosťou rezania až 80 cm/min.

(2) Druh a tlak pomocného plynu.

Pri rezaní hliníka a jeho zliatin má druh a tlak pomocných plynov významný vplyv na rýchlosť rezania, priľnavosť reznej trosky a drsnosť reznej plochy.

Pri použití O2 ako pomocného plynu je proces rezania sprevádzaný oxidačnou exotermickou reakciou, čo je prospešné pre zlepšenie rýchlosti rezania. V záreze sa však vytvára oxidová troska s vysokou teplotou topenia a vysokou viskozitou, Al2O3. Keď troska prúdi v reze, v dôsledku vysokého obsahu tepla sa vytvorená rezná plocha stáva hrubšou v dôsledku sekundárneho tavenia. Na druhej strane, keď sa troska vypúšťa na spodok rezu, v dôsledku ochladzovania pomocného prúdu vzduchu a vedenia tepla obrobku sa viskozita ďalej zvyšuje a tekutosť sa zhoršuje, pričom sa často vytvára lepkavá troska, ktorá je ťažko sa odlepuje na spodnej ploche obrobku. Na tento účel je potrebné zvýšiť tlak plynu. Súčasne je rezná plocha získaná použitím CO2 ako pomocného plynu pomerne drsná. Keď sa rýchlosť rezania priblíži k maximálnej rýchlosti rezu, drsnosť reznej plochy sa zlepší.

S N2 ako pomocným plynom, keďže N2 nereaguje so základným kovom počas procesu rezania, vŕtateľnosť trosky nie je veľmi dobrá a aj keď je zavesená na dne rezu, je ľahké ju odstrániť. Preto, keď je tlak plynu väčší ako 0,5 MPa, možno dosiahnuť rezanie bez trosky, ale rýchlosť rezania je nižšia ako rýchlosť pomocného plynu. Naopak, vzťah medzi drsnosťou a rýchlosťou otáčania je v podstate lineárny. Čím menšia je rýchlosť otáčania, tým menšia je drsnosť. Okrem toho je obsah zliatinových prvkov nízky a drsnosť reznej plochy je veľká. Drsnosť reznej plochy hliníkových zliatin s vysokým obsahom legujúcich prvkov je však malá.

Pri rezaní leteckých hliníkových zliatin sa používa aj duálny pomocný prúd vzduchu. To znamená, že vnútorná dýza vyžaruje dusík a vonkajšia dýza vyžaruje prúd kyslíka, s tlakom plynu 0,8 M pa je možné získať reznú plochu bez zvyškov lepidla.

(3) Proces a parametre rezania.

Hlavnými technickými problémami pri kontinuálnom rezaní hliníka a hliníkových zliatin CO2 laserom je odstránenie troskových inklúzií a zlepšenie drsnosti rezného povrchu. Okrem výberu vhodného pomocného plynu a reznej rýchlosti je možné vykonať aj nasledujúce opatrenia, aby sa zabránilo tvorbe trosky.

1. Naneste vrstvu protilepiaceho prostriedku na báze grafitu na zadnú stranu hliníkovej platne.

Fólia používaná na balenie dosiek z hliníkovej zliatiny môže tiež zabrániť prilepeniu trosky.

Tabuľka 2-6 Referenčné materiály na rezanie zliatiny A1CuMgmn CO 2 laserom.

Tabuľka 2-7 Parametre rezania CO 2 laserom pre zliatinu hliníka, zliatinu hliníka a zinku, medi a zliatinu hliníka a kremíka.