La machine de découpe laser est un faisceau laser émis par un laser, qui est focalisé en un faisceau laser à haute densité de puissance via un système de circuit optique. Le faisceau laser irradie la surface de la pièce, amenant la pièce à atteindre le point de fusion ou d'ébullition, tandis que le gaz à haute pression coaxial au faisceau souffle le métal fondu ou vaporisé. Lorsque la poutre se déplace par rapport à la position de la pièce, elle finit par créer une fente dans le matériau, ce qui entraîne une coupe. Le traitement de découpe au laser est un faisceau invisible au lieu du couteau mécanique traditionnel, avec une haute précision, une coupe rapide, sans se limiter aux limitations du motif de coupe, une imbrication automatique pour économiser les matériaux, une saignée lisse, de faibles coûts de traitement et d'autres caractéristiques. Le problème suivant pour comprendre les connaissances détaillées.
Tout d'abord, le principe de la machine de découpe laser
Le laser est une sorte de lumière, comme toute autre lumière naturelle, générée par le saut atomique (moléculaire ou ionique, etc.). Mais il est différent de la lumière ordinaire, le laser ne dépend que dans la très courte période initiale du rayonnement spontané, et par la suite, le processus est complètement déterminé par l'excitation du rayonnement, de sorte que le laser a une couleur très pure, presque aucune dispersion de directionnalité. , une très haute intensité lumineuse et une grande cohérence.
La découpe laser est réalisée en appliquant l'énergie à haute densité de puissance générée par la focalisation du laser. Sous le contrôle de l'ordinateur, le laser est déchargé par impulsions, de manière à produire une répétition contrôlée de lumière laser pulsée à haute fréquence, formant une certaine fréquence, une certaine largeur d'impulsion du faisceau, le faisceau laser pulsé à travers le chemin optique de conduction et de réflexion et grâce au groupe de lentilles de focalisation se concentrant sur la surface de l'objet traité, formant un point subtil à haute densité d'énergie, le point focal est situé à proximité de la surface à traiter, à haute température instantanée fusion ou vaporisation du produit traité Le matériau à traiter est fondu ou vaporisé à haute température en un instant. Chaque impulsion laser à haute énergie crée instantanément un petit trou dans la surface de l’objet. Sous contrôle informatique, la tête de traitement laser et le matériau à traiter sont poinçonnés dans un mouvement relatif continu selon un motif pré-dessiné, de sorte que l'objet soit traité dans la forme souhaitée.
Les paramètres du processus de couture de coupe (vitesse de coupe, puissance du laser, pression du gaz, etc.) et la trajectoire du mouvement sont contrôlés par le système CNC, les scories au niveau de la couture de coupe sont soufflées par une certaine pression du gaz auxiliaire.
Deuxièmement, le processus principal de la machine de découpe laser
1, coupe de vaporisation
Dans le processus de découpe par vaporisation laser, la température de surface du matériau augmente jusqu'à la température du point d'ébullition de la vitesse est si rapide, suffisamment pour éviter la conduction thermique provoquée par la fusion, de sorte qu'une partie du matériau vaporisé en vapeur disparaît, une partie du matériau comme les éjectas du fond de la fente ont été emportés par le flux de gaz auxiliaire. Dans ce cas, une puissance laser très élevée est requise.
Afin d'éviter la condensation des vapeurs de matériau sur les parois de la fente, l'épaisseur du matériau ne doit pas dépasser largement le diamètre du faisceau laser. Ce procédé ne convient donc qu'aux applications où l'élimination de matière fondue doit être évitée. Ce procédé n'est pratiquement utilisé que dans un très petit nombre d'applications avec des alliages à base de fer.
Le procédé ne peut pas être utilisé pour des matériaux tels que le bois et certaines céramiques, qui ne sont pas à l'état fondu et donc moins susceptibles de se recondenser avec les vapeurs du matériau. De plus, ces matériaux doivent généralement être coupés selon une saignée beaucoup plus épaisse. Lors de la découpe par vaporisation laser, la focalisation optimale du faisceau dépend de l'épaisseur du matériau et de la qualité du faisceau. La puissance du laser et la chaleur de vaporisation n'ont qu'une certaine influence sur la position de mise au point optimale. La vitesse de coupe maximale est inversement proportionnelle à la température de vaporisation du matériau pour une épaisseur de plaque donnée. La densité de puissance laser requise est supérieure à 108 W/cm2 et dépend du matériau, de la profondeur de coupe et de la position focale du faisceau. Dans le cas d'une certaine épaisseur de plaque, en supposant une puissance laser suffisante, la vitesse de découpe maximale est limitée par la vitesse du jet de gaz.
2, coupe de fusion
Lors de la découpe par fusion laser, la pièce est partiellement fondue, puis le matériau fondu est éjecté à l'aide d'un jet de gaz. Étant donné que le transfert de matériau ne se produit qu’à l’état liquide, le processus est appelé découpe par fusion laser.
Le faisceau laser est couplé à un gaz de coupe inerte de haute pureté pour éloigner le matériau fondu de la coupe sans que le gaz lui-même ne participe à la coupe. La découpe par fusion laser permet des vitesses de découpe plus élevées que la gazéification. L'énergie requise pour la gazéification est généralement supérieure à l'énergie nécessaire pour faire fondre le matériau. Lors de la découpe par fusion laser, le faisceau laser n'est que partiellement absorbé. La vitesse de découpe maximale augmente avec l'augmentation de la puissance laser et diminue presque inversement avec l'augmentation de l'épaisseur de la plaque et de la température de fusion du matériau. Pour une puissance laser donnée, les facteurs limitants sont la pression de l'air au niveau de la découpe et la conductivité thermique du matériau. La découpe par fusion laser permet des coupes sans oxydation dans les matériaux ferreux et le titane. Produire une fusion mais moins que la gazéification de la densité de puissance du laser, pour les matériaux en acier, entre 104 W/cm2 et 105 W/cm2.
3, coupe par fusion par oxydation
La découpe par fusion utilise généralement un gaz inerte, s'il est remplacé par de l'oxygène ou d'autres gaz actifs, le matériau soumis à l'irradiation du faisceau laser est enflammé et une réaction chimique intense en oxygène produit une autre source de chaleur, de sorte que le matériau soit davantage chauffé, connu sous le nom de découpe par fusion par oxydation. .
En raison de cet effet, la vitesse de coupe obtenue par cette méthode est supérieure à celle de la coupe par fusion pour l'acier de construction de même épaisseur. D’un autre côté, cette méthode peut produire une coupe de moins bonne qualité par rapport à la coupe par fusion. En fait, cela produit une saignée plus large, une rugosité importante, une zone thermiquement affectée accrue et une moins bonne qualité des bords. La découpe laser à la flamme n'est pas adaptée à l'usinage de modèles de précision et d'angles vifs (risque de brûlure des angles vifs). Les effets thermiques peuvent être limités en utilisant un laser en mode pulsé, où la puissance du laser détermine la vitesse de découpe. Avec une certaine puissance laser, les facteurs limitants sont l'apport d'oxygène et la conductivité thermique du matériau.
4. Coupe de fracture contrôlée
Pour les matériaux fragiles qui sont facilement endommagés par la chaleur, la découpe contrôlée à grande vitesse par chauffage par faisceau laser est appelée découpe par fracture contrôlée. Les principaux éléments de ce processus de découpe sont les suivants : le faisceau laser chauffe une petite zone de matériau fragile, provoquant un gradient thermique important et une déformation mécanique importante dans la zone, entraînant la formation de fissures dans le matériau. Tant qu'un gradient de chauffage équilibré est maintenu, le faisceau laser peut être guidé pour produire des fissures dans n'importe quelle direction souhaitée.
