Представьте себе, что вы тщательно разрабатываете чертеж модели, а затем обнаруживаете, что готовое изделие немного отличается от ваших ожиданий. Невидимым виновником таких несоответствий часто является керф — неизбежная ширина материала, удаляемого при лазерной резке. Освоение этого параметра необходимо для достижения точности в применении лазерной резки.
Керф: Определение и формирование
Керф, также известный как ширина лазерного луча или ширина реза, относится к ширине материала, удаляемого, когда лазерный луч проходит через материал. Это измерение не является постоянным, а варьируется в зависимости от множества факторов. В отличие от механической резки, где инструменты физически разделяют материал, при лазерной резке используются высокоэнергетические лучи для нагрева материалов до точек плавления или испарения, а вспомогательные газы (кислород, азот или сжатый воздух) выдувают расплавленный или испаренный материал, оставляя после себя керф.
Ключевые факторы, влияющие на ширину керфа
Ширина керфа напрямую влияет на точность резки, подгонку деталей и эффективность использования материала. Понимание этих влияющих факторов позволяет лучше корректировать процесс и оптимизировать параметры.
1. Свойства и толщина материала
Различные материалы демонстрируют разные скорости поглощения лазера, теплопроводность, температуры плавления и испарения. Как правило, более толстые материалы требуют больше энергии лазера, что приводит к более широким керфам. Например, акрил показывает заметные изменения керфа в зависимости от толщины, в то время как более плотные материалы, такие как металлы, обычно дают более широкие керфы.
2. Мощность и скорость лазера
Более высокая мощность или более низкая скорость, как правило, увеличивают ширину керфа, хотя чрезмерные настройки могут привести к пережогу материала, плавлению краев или деформации. Оптимальные комбинации мощности и скорости должны определяться для каждого материала и толщины.
3. Фокусировка лазера и режим луча
Фокусное расстояние определяет размер пятна — более короткий фокус дает меньшие пятна с более высокой плотностью энергии для точной резки, в то время как более длинный фокус обеспечивает большую глубину резкости. Режим луча (например, TEM00) влияет на качество распределения энергии, при этом несовершенные режимы потенциально вызывают неравномерную ширину керфа.
4. Тип и давление вспомогательного газа
Вспомогательные газы удаляют расплавленный материал и охлаждают края реза. Кислород увеличивает скорость резки металла, но расширяет керфы, в то время как азот создает более чистые края при более медленной резке. Неправильное давление газа либо оставляет остаточный материал, либо нарушает лазерный луч.
5. Тип и параметры лазера
Различные лазеры (CO₂, волоконные, YAG) с разными длинами волн, уровнями мощности и качествами луча подходят для разных материалов. На ширину керфа также влияют настройки частоты импульсов и рабочего цикла.
6. Допуски на изготовление материала
Даже в одной и той же партии материала изменения толщины, плотности и состава могут вызывать несоответствия керфа, требующие компенсации для точной работы.
7. Путь и направление резки
Изогнутые траектории могут давать разные керфы, чем прямые резы, а производительность станка может варьироваться по осям. Оптимизация траектории и компенсация направления могут улучшить согласованность.
Измерение ширины керфа
Точное измерение керфа позволяет правильно настроить процесс. Общие методы включают:
-
Микроскопия: Высокоточная, но трудоемкая
-
Визуальное измерение: Эффективно для пакетных измерений
-
Контактные инструменты: Просто, но менее точно (штангенциркули, микрометры)
-
Лазерное сканирование: Высокоточный автоматизированный метод
Методы контроля и компенсации керфа
Практические подходы к управлению эффектами керфа включают:
-
Оптимизация параметров: Регулировка мощности, скорости, фокусировки и настроек газа
-
Компенсация пути: Настройка смещения CAD/CAM (внутрь для внешних резов, наружу для внутренних резов)
-
Многопроходная резка: Черновой рез, за которым следует чистовой рез
-
Компенсация программного обеспечения: Функции автоматической настройки в профессиональном программном обеспечении
-
Прототипное тестирование: Пробные резы с корректировками на основе измерений
Справочные значения ширины керфа
|
Материал
|
Толщина (мм)
|
Средний керф (мм)
|
|
Акрил
|
1-3
|
0.18
|
|
Акрил
|
5-8
|
0.21
|
|
Акрил
|
10-15
|
0.30
|
|
Акрил
|
20
|
0.32
|
|
HIPS, PETG, Стирол
|
1-3
|
0.45
|
|
Березовая фанера
|
0.8
|
0.08
|
|
Березовая фанера
|
1.5
|
0.16
|
|
Березовая фанера
|
3
|
0.20
|
|
Березовая фанера
|
6
|
0.22
|
|
Березовая фанера
|
12
|
0.30
|
Рекомендации по проектированию
При проектировании для лазерной резки:
-
Поддерживайте минимальную ширину реза ≥ толщине материала
-
Избегайте чрезмерно мелких деталей, которые могут выгореть
-
Обеспечьте расстояние ≥0,5 мм между соседними резами
-
Учитывайте влияние керфа на сборку (используйте соединения типа «ласточкин хвост» или защелки)
-
Выбирайте материалы в зависимости от производительности резки и требований применения
Освоение понимания и контроля керфа обеспечивает более высокую точность в применении лазерной резки, обеспечивая лучшее качество деталей и эффективность использования материала в различных отраслях.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!