Фибролазерното рязане е известно със способността си да произвежда сложни геометрии с висока прецизност. Но и тази способност си има граница, и тя се проявява най-ясно при малките отвори. Отвор с диаметър 3 mm, лесно начертан в дизайна, може да не бъде произведен в ламарина с дебелина 15 mm, а дори и да бъде произведен, може да не постигне очакваното качество. В тази статия разглеждаме факторите, определящи минималния диаметър на отвора при фибролазера, и границите, които трябва да се знаят на етапа на проектиране.

Защо рязането на отвор е по-трудно от рязането на контур?

При рязане на външен контур с лазер лъчът започва от ръба на материала или пробива в определена точка и след това напредва непрекъснато. При рязането на отвор ситуацията е различна: лъчът трябва да пробие материала и след това да направи пълен оборот в много кратка окръжност.

Основната трудност тук е натрупването на топлина. Лъч, който се върти в малка окръжност, отдава топлина в една и съща зона многократно за много кратко време. Материалът не успява да се охлади, разтопената зона се разширява и отворът губи кръглата си форма. При рязане на контур този проблем не се проявява, тъй като лъчът непрекъснато напредва към нов материал.

Основен показател: съотношение диаметър на отвора / дебелина

Най-широко използваното практическо правило в бранша е диаметърът на отвора да бъде поне равен на дебелината на ламарината. Това съотношение 1:1 е обща отправна точка за въглеродна стомана: в ламарина с дебелина 10 mm най-малкият надежден отвор е с диаметър около 10 mm.

Това не е физичен закон, а праг за гарантиране на качеството. С модерните мощни фибролазери е технически възможно да се пробият отвори под това съотношение; но получаваният отвор вече не е цилиндричен, а конусовиден, качеството на ръба спада и толерансът се разширява.

С стесняването на съотношението възникват следните проблеми:

- Коничност: горният диаметър на отвора е значително по-голям от долния
- Загуба на кръглост: отворът излиза леко овален вместо перфектен кръг
- Натрупване на шлак: разтопеният материал не може напълно да бъде изхвърлен от отвора
- Изгаряне на ръба: периферията на отвора се уврежда заради натрупването на топлина
- Разширяване на толеранса: намалява последователността на размера от отвор до отвор

Влияние на вида на материала

Минималният диаметър на отвора се различава според материала. При рязане на въглеродна стомана с кислород реакцията на окисление генерира допълнителна топлина; това предоставя предимство при дебел материал, но при малки отвори увеличава натрупването на топлина, превръщайки се в недостатък.

При неръждаема стомана и алуминий чистото рязане се извършва с азот. При тези материали топлинният внос е по-контролиран, но високата топлопроводимост и отразяващата способност на алуминия създават отделна трудност при малки отвори. Съотношението на минимален диаметър на отвора при алуминия обикновено се поддържа по-консервативно от това при въглеродна стомана. За влиянието на избора на газ върху резултата от рязането при фибролазер можете да разгледате нашето ръководство за избор на газ в категорията за фибролазерно рязане.

Продължителност и стратегия на пробиване

Всеки отвор започва с операция по пробиване (piercing) и тя може да отнеме повече време от самото рязане. С увеличаване на дебелината продължителността на пробиване бързо нараства. Затова при дебели детайли с много отвори голяма част от общото време на обработка отива за пробиване.

Основните техники, използвани за качествен малък отвор, са:

- Стъпаловидно пробиване: мощността се увеличава постепенно, намалявайки пръскането
- Начало извън отвора: точката на пробиване се премества извън периферията на отвора, така че следата от навлизане да не пада върху ръба на отвора
- Рампиране на мощността: мощността се намалява при напредване в малка окръжност, предотвратявайки натрупването на топлина
- Изчакване за охлаждане: между близко разположени отвори се дава време за охлаждане

Всяка от тези техники подобрява качеството, но удължава времето. Балансът между качество и себестойност се постига именно тук.

Разстояния между отворите и до ръба

Друг важен параметър, наред с диаметъра на отвора, е разстоянието между отворите и разстоянието на отворите до ръба на детайла. Когато отворите са прекалено близо един до друг, в зоната на моста между тях се натрупва топлина и материалът се деформира или разтопява.

Като общ подход се препоръчва разстоянието между отворите и между отвор и ръб да не бъде по-малко от дебелината на материала. Освен това при детайли, които ще бъдат огъвани, отворите не трябва да се разполагат близо до линията на огъване — в противен случай отворът се овализира по време на огъването.

Какво се прави, когато се достигне границата на лазера?

Ако проектът задължително изисква много малък отвор, се прибягва до алтернативни методи. Отворът може да бъде изрязан малко по-малък с лазер и след това доведен до финалния размер чрез райбероване или пробиване с бормашина. При още по-малки отвори директното пробиване с бормашина може да бъде по-икономично. При серийно производство изработването на специална матрица за група отвори може да намали себестойността на единица продукция.

Решението се взема според броя на отворите, бройката и желания толеранс. Докато вторичната обработка е разумна за няколко малки отвора в един детайл, при хиляди детайли този подход значително повишава себестойността.

Правилният подход при проектиране

Най-често срещаният проблем е определянето на диаметрите на отворите без да се взема предвид производствената реалност. Ако функционално отворът за болт трябва да бъде 8 mm, начертаването му 6 mm няма никаква полза — 8 mm се произвежда едновременно по-лесно и по-евтино. Леко увеличаване на диаметрите на отворите в повечето случаи не влияе на функцията, но значително подобрява производимостта и себестойността.

Затова решенията за диаметър на отвора, дебелина и разстояние трябва да се преразглеждат заедно с производителя.

Фибролазерно рязане с DMK Makina

DMK Makina, в базата си в Люлебургаз, оценява заедно диаметъра на отвора, дебелината и изискванията за толеранс при проектите за фибролазерно рязане. Ако отворите във вашия дизайн са под границата на качество на лазера, ние ви уведомяваме преди началото на производството, предлагаме алтернативно решение и при необходимост осигуряваме финалния размер чрез вторична обработка. Сме до вас с инженерна подкрепа за вашите нужди от прецизно рязане на ламарина в регионите Тракия и Мармара.