اقدامات احتیاطی کلیدی برای برش و خم‌کردن لیزری در پردازش ورق‌های فلزی

برش لیزری: بهینه‌سازی پارامترها بر اساس نوع ماده

اساس برش لیزری با کیفیت بالا درک این واقعیت است که هر ماده واکنش متفاوتی با پرتو لیزر دارد و نیازمند تنظیمات پارامتری متمایز است. فولاد کربنی عمدتاً با روش برش اکسیداسیونی پردازش می‌شود که در آن اکسیژن با ماده گرم‌شده واکنش داده و انرژی اگزوترمی اضافی تولید می‌کند تا نفوذپذیری را افزایش داده و خروج مواد ذوب‌شده را بهبود بخشد برای ورق‌های نازک و متوسط فولاد کربنی، موقعیت کانون منفی چگالی انرژی را افزایش داده و شیار باریک‌تری ایجاد می‌کند که سرعت برش را افزایش می‌دهد. برای ورق‌های ضخیم‌تر، موقعیت کانون مثبت نقطه تماس پرتو لیزر را گسترده‌تر کرده و گرمای سطحی را افزایش می‌دهد تا فرآیند اکسیداسیون را پایدار کند .

در مقابل، فولاد ضدزنگ و آلومینیوم نیازمند نیتروژن به‌عنوان گاز کمکی هستند تا لبه‌های تمیز و بدون اکسید شدن ایجاد شوند . برای فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم با ضخامت کمتر از ۲ میلی‌متر، کمی دور از فوکوس (۱- میلی‌متر) لبه‌های تمیزتری تولید می‌کند . برای فولاد کربنی با ضخامت کمتر از ۴ میلی‌متر، فوکوس باید دقیقاً روی سطح (۰ میلی‌متر) حفظ شود . انتخاب فشار گاز کمکی نیز به‌همان اندازه حیاتی است: در برش فولاد کربنی با اکسیژن، فشار معمولاً باید بین ۰٫۸ تا ۲ بار باشد — فشار بیش از حد، برش را خنک کرده و کارایی واکنش احتراق را کاهش داده و منجر به تشکیل لبه‌های نامنظم می‌شود. در برش فولاد ضدزنگ و آلومینیوم با نیتروژن، فشار باید به‌اندازه‌ای بالا باشد که مواد مذاب را به‌طور مؤثر از محل برش دور کند؛ معمولاً این فشار بین ۱۰ تا ۲۰ بار است.

برش لیزری: موقعیت فوکوس، انتخاب گاز و کنترل ارتفاع نازل

سه پارامتر اساسی — موقعیت کانون، انتخاب گاز کمکی و ارتفاع نازل — موفقیت یا شکست عملیات برش لیزر را تعیین می‌کنند. موقعیت کانون نادرست، چه خیلی بالا و چه خیلی پایین، باعث ایجاد لبه‌های سوخته و برآمدگی‌های ناخواسته می‌شود. سیستم‌های لیزر مدرن از قابلیت‌های هوشمند تطبیق پارامترها بهره می‌برند که به‌صورت خودکار مواد و طرح‌ها را شناسایی کرده و با یک کلیک، مناسب‌ترین پارامترهای برش را انتخاب می‌کنند و زمان راه‌اندازی مبتنی بر آزمون و خطا را کاهش می‌دهند. .

ارتفاع نازل باید به‌طور ثابت حفظ شود؛ نزدیک‌بودن بیش از حد خطر برخورد ایجاد می‌کند، درحالی‌که فاصله زیاد باعث برش‌های نامنظم می‌شود. محدوده توصیه‌شده برای بیشتر کاربردها ۰٫۸ تا ۱٫۲ میلی‌متر است. استفاده از کنترل خودکار ارتفاع، نتایج یکنواخت را تضمین می‌کند. برای ورق‌های نازک فولاد ضدزنگ، اپراتورها باید توان را کمی کاهش داده و سرعت پیش‌روی را افزایش دهند تا از ایجاد لکه‌های سوختگی جلوگیری شود، به‌ویژه هنگام استفاده از گاز کمکی نیتروژن. برای فولاد نرم نازک‌تر از ۲ میلی‌متر یا در مواردی که کیفیت سطح حیاتی نیست، می‌توان از هوا به‌جای نیتروژن به‌عنوان گاز کمکی استفاده کرد که هزینه گاز را تا ۷۰ درصد کاهش می‌دهد. .

بریدن با لیزر: منطقه تحت تأثیر حرارت، پیچش و کنترل کیفیت لبه‌ها

منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) پیامدی اجتناب‌ناپذیر از برش حرارتی است، اما تأثیر آن را می‌توان با بهینه‌سازی دقیق پارامترها به حداقل رساند. برش با لیزر کوچک‌ترین منطقه تحت تأثیر حرارت را در میان تمام روش‌های برش حرارتی ایجاد می‌کند، زیرا گرما را تنها بر روی سطح بسیار کوچکی اعمال می‌کند. با این حال، در فولاد ضدزنگ، گرمای اضافی می‌تواند لایه محافظ اکسید کروم را تضعیف کند و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد.

پیچش ورق چالشی رایج است، به‌ویژه هنگام پردازش مواد نازک با صلبیت ساختاری پایین . پیچش زمانی رخ می‌دهد که تنش حرارتی از توان ماده برای حفظ تخت‌بودن آن فراتر رود . برای جلوگیری از پیچش، اپراتورها باید تنها از توان لازم برای ایجاد برشی تمیز استفاده کنند، سرعت برش را در محدوده‌های توصیه‌شده افزایش دهند تا مدت قرارگیری در معرض حرارت کاهش یابد و موقعیت فوکوس را به‌طور منظم بررسی کنند پشتیبانی مناسب ورق روی میز برش ضروری است؛ بخش‌های گرم‌شده ممکن است در طول پردازش به دلیل پشتیبانی ناکافی خم یا بلند شوند. چیدمان هوشمند و توالی‌های برش می‌توانند تنش حرارتی را به‌طور قابل توجهی کاهش دهند، زیرا گرما را به‌طور یکنواخت در سراسر ورق پخش می‌کنند و از تمرکز برش‌ها در یک ناحیه جلوگیری می‌کنند. برای قطعات کوچکی که در حین برش تمایل به جابجایی دارند، اتصال‌های ریز (بالشتک‌های بسیار کوچک) از واژگون شدن یا بلند شدن قطعات جلوگیری می‌کنند و هم قطعات و هم سر لیزر را محافظت می‌نمایند. .

خم‌کاری: درک و جبران بازگشت کشسانی

بازگشت کشسانی شاید رایج‌ترین چالش در خم‌کاری دقیق ورق‌های فلزی باشد. وقتی پرس پس از خم‌کاری عقب‌نشینی می‌کند، ماده به‌صورت کشسانی بازمی‌گردد — بازگشت کشسانی زاویه را باز می‌کند. اگر یک حرکت برنامه‌ریزی‌شدهٔ ۹۰ درجه منجر به زاویهٔ نهایی ۹۲ درجه شود، این اختلاف ناشی از رفتار ماده است، نه خطای دستگاه. .

مواد مختلف رفتارهای متفاوتی در برابر بازگشت کشسانی از خود نشان می‌دهند. فولاد ضد زنگ 304 معمولاً ۲ تا ۳ درجه به حالت اولیه بازمی‌گردد. فولاد نرم ممکن است ۱۰ تا ۲۰ درصد از زاویه خم شدن به حالت اولیه بازگردد؛ برای دستیابی به خمی با زاویهٔ ۶۰ درجه، شاید لازم باشد تا زاویهٔ ۶۶ درجه فرم‌دهی انجام شود هرچه مقاومت ماده بیشتر و شعاع خم بزرگ‌تر باشد، اثر بازگشت انعطاف‌پذیر قوی‌تر خواهد بود ورق‌های نازک عموماً تحت شرایط فرآیند یکسان، بازگشت انعطاف‌پذیر بیشتری نسبت به ورق‌های ضخیم نشان می‌دهند حتی یک مادهٔ مشابه از دفعات تولید متفاوت یا با جهت‌های نورد متفاوت ممکن است رفتار بازگشت انعطاف‌پذیر متفاوتی از خود نشان دهد .

مدیریت شده خم‌کاری اضافی روش مستقیم‌ترین راه جبران بازگشت انعطاف‌پذیر است. اپراتورها با استفاده از مادهٔ واقعی یک خم آزمایشی انجام می‌دهند، زاویهٔ واقعی را اندازه‌گیری کرده و مقدار بازگشت انعطاف‌پذیر را محاسبه می‌کنند. به‌عنوان مثال، اگر برنامه‌ریزی شده باشد که زاویهٔ ۹۰ درجه خم شود اما زاویهٔ حاصل ۹۲ درجه باشد، این نشان‌دهندهٔ آن است که تقریباً ۲ درجه خم‌کردن اضافی برای جبران لازم است سیستم‌های CNC مدرن امکان اصلاح زاویه را مستقیماً در رابط کنترل فراهم می‌کنند و تولید پایدار را بدون نیاز به تنظیم دستی در هر بار فراهم می‌سازند .

خم‌کردن: انتخاب ابزار، ظرفیت نیروی فشار (توناژ) و جهت دانه

انتخاب ابزار نقش مهمی در به حداقل رساندن برگشتن به عقب و دستیابی به خم های دقیق دارد. یک اشتباه رایج استفاده از یک V-die باز کردن است که بیش از حد گسترده است که افزایش شعاع خم و در نتیجه افزایش بهار . به عنوان یک قاعده کلی: برای فولاد نرم، از یک V-open of 6 تا 8 برابر ضخامت مواد استفاده کنید؛ برای فولاد ضد زنگ، V-open را کمی کاهش دهید تا بهبود لاستیک را کنترل کنید .

الزامات ابزار مخصوص مواد به طور قابل توجهی متفاوت است. برای فولاد ضدزنگ (304، 316) ، این ماده قوی است اما کمتر تحمل می کند، با مقاومت کششی بالا و افزایش بهار. بهترین شیوه ها شامل استفاده از شعاع خم بزرگ تر، V-dies بزرگتر از فولاد نرم و استفاده از تن بیشتر است . خم کردن همان ضخامت فولاد ضد زنگ حدود ۵۰ درصد بیشتر از فولاد نرم است. خراشیدن سطح یک نگرانی استاز فیلم محافظ یا ابزار پولیش استفاده کنید . برای آلومینیوم (5052، 6061) ، مواد به طور قابل توجهی با کیفیت متفاوت است. 5052 سبک وزن و نرم است، در حالی که 6061-T6 شکننده و مستعد ترک است . از قالب‌های V پهن‌تر برای کاهش ترک‌خوردگی استفاده کنید، برای خم‌های بسیار تیز از مواد آنیل‌شده بهره ببرید و به جای پانچ‌های تیز از ابزارهای دارای شعاع استفاده نمایید . جهت دانه جهت خم‌کاری برای تمام مواد حیاتی است: خم‌کاری عرضی درجه‌بندی (عمود بر راستای الیاف) خم‌های مقاوم‌تری ایجاد می‌کند، در حالی که خم‌کاری طولی درجه‌بندی (موازی با راستای الیاف) احتمال ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد .

خم‌کاری: ملاحظات طراحی برای سوراخ‌ها، شیارها و انتقال‌دهنده‌های خم

ویژگی‌های طراحی باید با دقت در مکانی قرار گیرند که در فرآیند خم‌کاری دچار تغییر شکل نشوند. سوراخ سوراخ‌هایی که بیش از حد به خط خم نزدیک قرار گرفته‌اند، در فرآیند خم‌کاری به شکل بیضی کشیده می‌شوند . حداقل فاصله توصیه‌شده از لبه سوراخ تا خط خم برابر با دو برابر ضخامت ماده (۲T) است و مقدار توصیه‌شده برابر با ۳T به علاوه شعاع خم می‌باشد . پل (ماده باقی‌مانده) بین دو سوراخ یا بین یک سوراخ و لبه خارجی باید حداقل برابر با ضخامت ماده باشد؛ اگر پل بسیار نازک باشد، گرمای ناشی از برش لیزری می‌تواند باعث تاب‌خوردگی یا ذوب‌شدن شود .

The شعاع داخلی خم نباید کوچک‌تر از ضخامت ماده باشد تا از ایجاد ترک‌های ریز یا شکست ماده جلوگیری شود. برای فولاد (SPCC) با ضخامت تا ۳ میلی‌متر، شعاع داخلی حداقل توصیه‌شده برابر با ۱T است؛ برای فولاد ضدزنگ (SUS304/316L) این مقدار ۱٫۵T و برای آلومینیوم (AL5052/6061) برابر با ۱T است. . برش‌های رها کننده خم برش‌های کوچکی هستند که در نزدیکی ناحیه خم‌شدن قرار می‌گیرند تا از ایجاد ترک، پارگی و خم‌شدن‌های ناخواسته با کاهش تنش واردبر روی فلز جلوگیری کنند. هنگامی که یک لبه خم می‌شود، ماده در ناحیه ریشه به سمت بیرون فشرده می‌شود و باعث ایجاد «برآمدگی جانبی» می‌گردد؛ اگر این ناحیه باید به‌صورت صاف و بدون فاصله در برابر سطح دیگری قرار گیرد، باید برش رها‌سازی خم در آن گنجانده شود. ضریب K که موقعیت محور خنثی را در حین خم‌کردن تعیین می‌کند، باید بر اساس نوع ماده و روش ساخت به‌درستی تنظیم شود تا ابعاد نهایی محصول با ابعاد طراحی‌شده مطابقت داشته باشد. محدوده‌های معمول ضریب K عبارتند از: ۰٫۴۱ تا ۰٫۴۴ برای فولاد نرم، ۰٫۴۰ تا ۰٫۴۵ برای آلومینیوم و ۰٫۴۴ تا ۰٫۵۰ برای فولاد ضدزنگ. .

ادغام فرآیند: دستیابی به یکنواختی در فرآیندهای برش و خم‌کردن

موفق‌ترین عملیات ساخت ورق فلزی، برش لیزری و خم‌کاری CNC را به‌عنوان یک فرآیند یکپارچه، نه مراحل جداگانه، در نظر می‌گیرند. توسعهٔ دقیق الگوی تخت نیازمند کاربرد مناسب ضریب K برای جبران کشیدگی مواد در حین خم‌کاری است درز برش (کرف) — مقدار کمی از ماده که در حین برش لیزری حذف می‌شود و معمولاً حدود ۰٫۳ میلی‌متر است — باید به‌صورت مساوی بین قسمت‌های داخلی و خارجی تقسیم شود تا تناسب دقیق حفظ گردد برای قطعاتی با دقت بالا (کمتر از ۰٫۱ میلی‌متر)، کاهش سرعت برش ۱۰ تا ۱۵ درصدی از انحراف حرارتی می‌کاهد نگهداری منظم اپتیک لیزر — شامل پاک‌سازی عدسی‌ها، آینه‌ها و نازل‌ها — و بررسی سایش ابزارهای ماشین خم‌زن، عملکرد پایدار را در طول تولیدات مختلف تضمین می‌کند با درک و کنترل متغیرهای موجود در هر دو فرآیند برش لیزری و خم‌کاری، سازندگان می‌توانند دقت، تکرارپذیری و کیفیتی را که کاربردهای صنعتی پیچیده از آن انتظار دارند، به‌دست آورند.