1 стр. из 1

В последние 20 лет лазерные технологии обработки материалов получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. В частности, лазерные методы и технологии широко применяются в таких современных промышленных процессах, как сварка, резка, термообработка, легирование, наплавка. При этом в ряде отраслей при изготовлении продукции из различных металлов основной операцией является резка.

Следует отметить, что в настоящее время применяются разнообразные методы разделения металлов, чаще всего — механическая обработка, которая осуществляется ножовочными полотнами, ленточными пилами, фрезами и другими инструментами. При этом методе для осуществления раскроя листовых, профильных и других заготовок из различных металлов и сплавов используются станки общего и специального назначения. Существующие технологии механической обработки имеют много достоинств, однако к недостаткам этих методов относятся невысокая производительность и стойкость отрезного инструмента, а также трудность и невозможность в ряде случаев раскроя материалов по сложному криволинейному контуру.

Другие методы разделения материалов, основанные на электрохимическом, электрофизическом и физико-механическом воздействиях, к которым относятся ацетиленокислородная резка, плазменная резка проникающей дугой и др., обеспечивают повышение производительности (по сравнению с механическими методами), но не обеспечивают высокой точности и чистоты поверхности реза. При этих методах разделения материалов в большинстве случаев необходима последующая механическая обработка.
Более качественная электроэрозионная резка позволяет осуществить процесс разделения материалов с малой шириной и высокой степенью точности реза. Однако этот процесс резки тоже характеризуется низкой производительностью.

Таким образом, при разработке и промышленном освоении методов резки современных конструкционных материалов, в том числе металлов, все большее распространение получает лазерная резка. Специалисты считают этот метод перспективным способом разделения материалов, который позволяет достичь высоких показателей как по производительности процесса (увеличение более чем в 5 раз), так и по качеству поверхности реза.

В настоящее время существуют различные типы лазеров: газовые, жидкостные и твердотельные (на диэлектрических кристаллах, специальных стеклах, полупроводниках и др.), которые отличаются по ряду признаков (в том числе по активной среде, генерируемой мощности и др.).

Одним из первых практических применений лазера было использование его для металлообработки, в которой в последнее время порядка 65% лазерных установок используется для процесса резки. Специалисты отмечают, что лазерная резка — это передовая технология размерного раскроя листовых материалов, основанная на использовании в качестве инструмента обработки сфокусированного лазерного луча регулируемой мощности. Преимущество технологии лазерной резки заключается в отсутствии механического воздействия на обрабатываемые металлические детали или листы. При этом деформации, которые могут возникнуть (как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания), имеют минимальные значения. В результате возможно осуществление лазерной резки с высокой степенью точности, в том числе и для нежестких (легко деформируемых) заготовок или деталей. Данный метод обеспечивает получение узких разрезов с минимальной зоной термического влияния.

Среди основных факторов, определяющих производительность и качественные показатели процесса резки, наиболее существенными являются мощность и плотность мощности лазерного излучения, благодаря которой обеспечивается высокая производительность в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. А сравнительно простое управление лазерным пучком позволяет осуществить лазерную резку по сложному контуру плоских, а также объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса. При этом возможно получение отверстий малого диаметра в сверхтвердых материалах и др.

Для резки металлов на отечественных предприятиях и за рубежом наибольшее распространение получили технологические установки на основе твердотельных и газовых CO(2)-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режиме излучения. Какое же лазерное оборудование для резки металлической продукции существует на отечественном рынке?

Одной из ведущих отечественных компаний на рынке лазерной техники и технологии является фирма ЗАО «Лазерные комплексы» (г. Шатура Московской обл.), которая создана в 1990 г. на базе Научно-исследовательского центра технологических лазеров АН СССР. Фирма «Лазерные комплексы» осуществляет разработку и создание современного лазерного оборудования для резки, сварки и термообработки. Достижения фирмы демонстрировались на различных выставках, в том числе на международной специализированной выставке «Фотоника-2006», проходившей в июле текущего года в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр» (Москва).

Для лазерной резки различных материалов компания предлагает технологические комплексы (лазерные станки) на базе современных CO(2)-лазеров мощностью 1.5, 2.0, 3.0, 5.0 кВт. Комплексы оснащены высокоточными 2-координатными (раскройными) столами с компьютерным управлением и размерами рабочей зоны от 1,2х0,8 м до 6,0х1,5 м (может быть 6,0х2,0 м). На выставке «Фотоника» компания представила новые высокопроизводительные лазерные раскройные станки серии ЛК-ПРОМ с системой управления на базе ЧПУ фирмы B&R (Австрия). Это универсальное оборудование для раскроя различных материалов применяется, в частности, для прецизионной резки листового проката по сложному контуру, а также для раскроя неметаллических листовых материалов (картона, пластика, ДСП) и др. Фирма производит лазерные станки этой серии — ЛК-2015, ЛК-2515 и ЛК-3015 (ПРО); их технические характеристики приведены в таблице 1. В данном оборудовании могут быть использованы технологические лазеры различного типа, в том числе с поперечной (ТЛ-1,5 и ТЛ-2,0) и быстрой аксиальной (С2200, С3000, С4000) прокачкой рабочей смеси.

В зависимости от вида обрабатываемого материала различается и толщина резки. В таблице 2 приведена максимальная толщина разрезаемого материала (в мм) в зависимости от его вида и типа применяемого лазера.

При этом на качество выполненного реза влияет скорость резки. Специалисты компании «Лазерные комплексы» отмечают, что нижним пределом допустимой скорости резки для углеродистых сталей является переход процесса в режим автогенной резки, когда количество теплоты, выделяющейся в струе кислорода, достаточно для поддержания самопроизвольного процесса резки. Для нержавеющих сталей, титановых и алюминиевых сплавов нижний предел допустимой скорости резки соответствует резкому ухудшению качества поверхности реза. Так, в условиях резки металлов лучом лазера мощностью 1кВт такие явления характерны при скоростях обработки менее 0,3–0,5 м/мин. А слишком высоким скоростям соответствует заметное снижение толщины разрезаемых деталей, поэтому обычно скорости резки не превышают 6,0–8,0 м/мин. Отмечается также, что алюминий имеет более высокую шероховатость поверхности реза, чем углеродистая, нержавеющая сталь и титан. Поэтому в случае резки продукции из алюминиевых сплавов для получения гладкой поверхности необходимо очень точно подбирать режимы резки.

Другая известная отечественная компания — ЗАО «ТехноЛазер» (образована на базе отдела мощных газовых лазеров, г. Шатура) — тоже производит лазерные станки для резки листовых материалов на основе технологических CO(2)-лазеров мощностью от 700 до 7 500 Вт. Станки обеспечивают вырезку деталей сложной формы по заданной программе. Комплектация лазерного станка состоит из лазера, 2-координатного стола, стола загрузки, системы удаления продуктов сгорания, режущей головки высокого давления, транспортирующей оптики, системы управления позиционирования по оси Z.

Фирма «ТехноЛазер» представляет лазерные станки различных моделей: LMC-1200-XX, LMC-2500-XX, LMC-3000-XX, LMC-6000-XX с координатными столами; размеры рабочей зоны (в поперечном и продольном направлениях X, Y) составляют: 1 200х840 мм, 2 000х1 500, 3 000х1 500 и 6 000х1 500 мм (соответственно указанным моделям). Позиционирование в вертикальном (Z) направлении — 100 мм для всех моделей. Скорость резки в направлениях X и Y достигает 10 м/мин., точность обработки — 0,1 мм.

Лазерные станки оснащены мощными технологическими лазерами. Это быстропроточный, электроразрядный CO(2)-лазер непрерывного и импульсно-периодического действия с поперечной прокачкой рабочей смеси в газовом контуре. Фирма производит следующие типы лазеров: ТЛ-1,5, ТЛ-3,0, ТЛ-4,0, ТЛ-5,0, «Тандем» и ТЛ-7,5,мощность которых соответственно — 1.5, 2.5, 4.0, 5.0, 6.0 и 7.5 кВт. Длина волны излучения для всех указанных лазеров составляет 10,6 мкм. Данное оборудование, за исключением лазера ТЛ-7,5, используется для лазерной резки металлов. Одномодовый лазер «Тандем» мощностью 6 кВт был разработан и изготовлен в 1999 г. по заказу японской компании SNK. С помощью этого лазера проведены технологические испытания по резке толстолистового металла. В таблице 3 приведена максимальная толщина разрезаемого материала (в мм) в зависимости от его вида и типа технологических лазеров.

По информации компании «ТехноЛазер», в декабре 2005 г. изготовлен и прошел испытания лазерный станок LMC-3000-3,0 для резки металла толщиной до 15 мм. Мощность используемого лазера составляет 3.0 кВт. Станок предназначался для московского предприятия.

Кроме того, компания производит волноводные одномодовые CO(2)-лазеры с высоким качеством излучения и применяемые для презиционной (высокоточной) резки, перфорации отверстий и др. Например, технологический лазер ТЛВ-700 с номинальной мощностью излучения 700 Вт.

Следует отметить, что «Лазерные комплексы» и другие фирмы осуществляют сотрудничество с ведущими российскими институтами и компаниями, в частности, с Институтом проблем лазерных и информационных технологий Российской Академии наук (ИПЛИТ РАН). В состав ИПЛИТ входит также Московский региональный лазерный инженерный центр (г. Люберцы). Институт занимается разработкой и производством технологических CO(2)-лазеров мощностью 0.5–15 кВт с высоким оптическим качеством, а также созданием оборудования на их основе (компьютеризированных лазерных технологических комплексов) для резки, сварки, поверхностной модификации, маркировки. Кроме того, в институте проводятся исследования в области лазерно-информационных технологий, а также совместные работы с ведущими университетами и исследовательскими центрами США, Германии, Великобритании, Греции и др.

На выставке «Фотоника» были широко представлены лазерные технологии и оборудование отечественных фирм, входящих в Лазерный региональный Северо-Западный центр (ЛРСЗЦ, Санкт-Петербург). Центр объединяет ООО СП «ЛазерТех», ООО «Лазерный центр», НПП ООО «Лазерные технологии» и АОЗТ «ЛазерИнформСервис». В частности, фирма СП «ЛазерТех» представляет на российском рынке лазерные технологические комплексы «Хебр» (Болгария), которые используются для резания различных металлов. При этом максимальная толщина для углеродистой и нержавеющей сталей составляет, соответственно, 10 мм, а алюминия, меди и их сплавов — 2 мм. Компания «ЛазерИнформСервис» предлагает технологии и оборудование «под ключ» для лазерной резки, сварки, маркировки и др. излучением большой мощности — до 10 кВт и более.

Разработкой и производством современных лазерных систем занимается фирма ООО «Центр лазерных технологий» (Санкт-Петербург). Лазерный технологический комплекс этой фирмы «Скат-301/501» предназначен для выполнения различных операций включая прошивку отверстий, точную резку металлов, сверхтвердых, керамических, полупроводниковых и хрупких материалов.

Популярная отечественная фирма НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» в течение многих лет успешно осуществляет разработки и серийное производство широкой номенклатуры нового поколения лазерного технологического оборудования серий МЛ: для прецизионной обработки (серия МЛ1), лазерной маркировки (МЛ2), резки и раскроя (МЛ3 и МЛ4), сварки (МЛ4), выполнения специальных технологических операций (МЛ5). В частности, лазерная машина МЛ3 (базовая модель) предназначена для резки и сложно-контурного раскроя листовых материалов толщиной до 5–8 мм для стали и до 3–4 мм для алюминия с высокой точностью и качеством обработки по контуру. В последнее время фирма занимается разработкой лазерных технологических комплексов, позволяющих выполнять не одну, а несколько смежных операций. Примером такого оборудования является машина серии МЛ4, с помощью которых можно осуществлять как сварку, так резку стали, алюминия, меди, латуни и др.

Таблица 1

На российском рынке представлена технологическая установка лазерной резки материалов Опытно-конструкторского унитарного предприятия «АКСИКОН» Национальной академии наук Белоруссии. Установка предназначена для резки заготовок из черных и цветных металлов, пластмасс и других материалов в заводских условиях машиностроительной, приборостроительной, металлообрабатывающей и иных отраслей промышленности. С помощью установки можно осуществлять резку деталей из стали толщиной до 5 мм и массой до 10 кг. При этом мощность лазерного излучения составляет 150 Вт, режим работы лазера — импульсный.

Таблица 2

Кроме того, на отечественном рынке представлены машина лазерной резки металла «Харьков-Л» (ЗАО «Институт УКРОРГСТАНКИНПРОМ», Украина). В машине использован промышленный CO(2)-лазер Fanuc C4000E или Rofin Sinar мощностью 4кВт, с помощью которого производится резка листов из конструкционной стали толщиной до 20 мм, нержавеющей стали — 12 мм, алюминия — до 8 мм. Размеры разрезаемого листа составляют 1 500х3 000 мм.

Таблица 3

Наряду с лазерными установками оте-чественного производства и из СНГ на российском рынке представлено оборудование для лазерной резки металлов ведущих зарубежных фирм. Так, известная отечественная компания «ТехноНИМЕС» (организована в 1996 г., г. Красноярск) представляет на отечественном рынке лазерное оборудование итальянской компании PRIMA INDUSTRIE S.p.A., которая является одной из ведущих и стабильных компаний в мире в области пятикоординатной лазерной обработки конструкций.
Во всех своих технологических лазерных обрабатывающих комплексах PRIMA INDUSTRIE использует газовые CO(2)-лазеры компаний PRC, Rofin Sinar и твердотельные лазеры дочерних компаний Prima Convergent и Prima Laserdyne (Lumonics). При этом лазерные комплексы имеют в основном монолитную конструкцию, в которую встроены все узлы, приводы, система управления, резонатор. На российском рынке представлена новая версия HIGH SPEED лазерного станка PLATINO: скорость перемещения — 140 м/мин., станок многоцелевого применения, в том числе для раскроя листовой стали; предлагаемый фирмой режим резки Fly («летающая оптика» — во время обработки заготовка остается на месте) автоматически обеспечивает качественную кромку реза при острых углах обрабатываемой детали; программным обес-печением предусмотрена оптимизация режима резки в зависимости от толщины и типа обрабатываемого материала. На отечественном рынке представлены две модели станка PLATINO, 1530 и 2040, с рабочими зонами соответственно 3 000х1 500 мм и 4 000х2 000 мм.

На базе станка PLATINO компанией создана лазерная установка MAXIMO под девизом «Лазерная резка без границ». На данной установке возможна обработка листовых заготовок размером до 48 м. Предлагаются установки в исполнении с тремя или пятью осями.

Кроме того, PRIMA INDUSTRIE производит комбинированную лазерную установку DOMINO («лазерная фантазия»), которая может быть использована как для обработки плоского листа, так и объемных деталей.

Модельный ряд включает также лазерный комплекс RAPIDO, в котором предлагается кабина с автоматической системой SPLIT, разделяющей рабочую зону на две части, что позволяет осуществлять загрузку и выгрузку изделий, не прерывая процесса обработки. Такая же система предусмотрена и в лазерном комплексе OPTIMO («лазерная революция»), который является самым большим для обработки объемных деталей. Так, для OPTIMO 2545 размеры рабочей зоны в направлениях X, Y, Z составляют 4 500х2 500х920 мм. Для этого комплекса характерна портальная конструкция. Лазерный комплекс OPTIMO используется в основном для обработки кузовов в автомобилестроении.

Другая популярная отечественная фирма — ООО «Вебер КоМеханикс» — предлагает машины лазерного раскроя листа серии AXEL, Impuls 6020, комплекс модели ORION компании LVD STRIPPIT и др.

Таким образом, на отечественном рынке широко представлено лазерное оборудование для резки различных металлов и сплавов, способствующее развитию и совершенствованию технологии этого процесса.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!