ข้อควรระวังที่สำคัญสำหรับการตัดและดัดด้วยเลเซอร์ในการประมวลผลแผ่นโลหะ

การตัดด้วยเลเซอร์: การปรับแต่งพารามิเตอร์เฉพาะวัสดุ

พื้นฐานของการตัดด้วยเลเซอร์ที่มีคุณภาพสูงอยู่ที่การเข้าใจว่าวัสดุแต่ละชนิดตอบสนองต่อลำแสงเลเซอร์ต่างกัน และจำเป็นต้องใช้การตั้งค่าพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน สำหรับเหล็กคาร์บอนนั้นโดยทั่วไปจะใช้กระบวนการ การตัดแบบออกซิเดชัน , ซึ่งออกซิเจนทำปฏิกิริยากับวัสดุที่ถูกให้ความร้อนเพื่อสร้างพลังงานความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการเจาะผ่านและปรับปรุงการขจัดเศษโลหะหลอมละลาย สำหรับแผ่นเหล็กคาร์บอนขนาดกลางและบาง การตั้งตำแหน่งโฟกัสให้อยู่ด้านล่างระนาบวัสดุ (negative focus position) จะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน และทำให้รอยตัดแคบลง ส่งผลให้สามารถตัดได้เร็วขึ้น ส่วนสำหรับแผ่นที่หนากว่านั้น การตั้งตำแหน่งโฟกัสให้อยู่เหนือระนาบวัสดุ (positive focus) จะทำให้จุดโฟกัสของลำแสงเลเซอร์กว้างขึ้น และเพิ่มประสิทธิภาพในการให้ความร้อนที่ผิววัสดุ เพื่อให้กระบวนการออกซิเดชันมีเสถียรภาพมากขึ้น .

สแตนเลสและอลูมิเนียม ไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วย เพื่อให้ได้ขอบที่สะอาดและไม่เกิดออกซิเดน - ไม่ สําหรับเหล็กไร้ขัดหรืออลูมิเนียมที่หนากว่า 2 มม. การหลุดความสนใจเล็กน้อยของ -1 มม. - ไม่ เหล็กคาร์บอนที่ต่ํากว่า 4 มม ควรรักษาความสนใจที่ 0 มม (บนพื้นผิว) - ไม่ การเลือกแรงก๊าซช่วยเป็นสิ่งสําคัญเช่นกัน สําหรับการตัดเหล็กคาร์บอนด้วยออกซิเจน ความดันมักจะอยู่ในช่วง 0.8 ถึง 2 บาร์ สําหรับการตัดเหล็กไร้ขัดและอลูมิเนียมด้วยไนโตรเจน ความดันต้องสูงพอ โดยทั่วไป 10 ถึง 20 บาร์ เพื่อกําจัดวัสดุหลอมลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การตัดเลเซอร์: ตําแหน่งจุดจุดประสงค์ การเลือกแก๊ส และการควบคุมความสูงของกระบอก

พารามิเตอร์พื้นฐานสามประการ—ตำแหน่งโฟกัส การเลือกก๊าซช่วย และความสูงของหัวฉีด—เป็นตัวกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลวของการตัดด้วยเลเซอร์ ถ้าตำแหน่งโฟกัสผิด ไม่ว่าจะสูงหรือต่ำเกินไป จะทำให้เกิดเศษโลหะยื่น (burr) และขอบที่ไหม้ ระบบเลเซอร์รุ่นใหม่ได้รับประโยชน์จากคุณสมบัติการจับคู่พารามิเตอร์อย่างชาญฉลาด ซึ่งสามารถระบุวัสดุและรูปแบบงานได้อัตโนมัติ และจับคู่พารามิเตอร์การตัดที่เหมาะสมที่สุดด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว ลดเวลาการปรับตั้งค่าแบบลองผิดลองถูก .

ความสูงของหัวฉีดต้องรักษาให้คงที่เสมอ—ถ้าต่ำเกินไปจะเสี่ยงต่อการชน แต่ถ้าสูงเกินไปจะทำให้รอยตัดไม่เรียบร้อย ช่วงที่แนะนำสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่คือ 0.8 ถึง 1.2 มิลลิเมตร การใช้ระบบควบคุมความสูงอัตโนมัติช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ สำหรับแผ่นสแตนเลสบาง ๆ ผู้ปฏิบัติงานควรลดกำลังเลเซอร์ลงเล็กน้อยและเพิ่มอัตราการป้อนวัสดุ (feed rate) เพื่อหลีกเลี่ยงรอยไหม้ โดยเฉพาะเมื่อใช้ก๊าซไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วย สำหรับแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำบาง ๆ ที่มีความหนาน้อยกว่า 2 มิลลิเมตร หรืองานที่ไม่ต้องการผิวขั้นสูง ก๊าซอากาศสามารถแทนที่ก๊าซไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วยได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนก๊าสได้สูงสุดถึงร้อยละ 70 .

การตัดด้วยเลเซอร์: โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน การบิดงอ และการควบคุมคุณภาพขอบ

โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) เป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการตัดด้วยความร้อน แต่สามารถลดผลกระทบนี้ให้น้อยที่สุดได้ผ่านการปรับแต่งพารามิเตอร์อย่างรอบคอบ การตัดด้วยเลเซอร์สร้าง HAZ ที่เล็กที่สุดเมื่อเทียบกับเทคนิคการตัดด้วยความร้อนทั้งหมด เนื่องจากความร้อนถูกนำไปใช้ในพื้นที่ขนาดเล็กมาก อย่างไรก็ตาม สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ความร้อนส่วนเกินอาจทำลายชั้นออกไซด์ของโครเมียมที่ทำหน้าที่ป้องกัน จึงลดความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน

แผ่นบิดงอ เป็นปัญหาทั่วไป โดยเฉพาะเมื่อประมวลผลวัสดุบางที่มีความแข็งแรงเชิงโครงสร้างต่ำ การบิดงอเกิดขึ้นเมื่อความเครียดจากความร้อนสูงกว่าความสามารถของวัสดุในการคงสภาพเรียบ เพื่อป้องกันการบิดงอ ผู้ปฏิบัติงานควรใช้พลังงานเพียงเท่าที่จำเป็นสำหรับการตัดที่สะอาด เพิ่มความเร็วในการตัดภายในช่วงที่แนะนำเพื่อลดระยะเวลาที่วัสดุสัมผัสกับความร้อน และตรวจสอบตำแหน่งโฟกัสอย่างสม่ำเสมอ การรองรับแผ่นวัสดุอย่างเหมาะสมบนโต๊ะตัดเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง — ส่วนที่ถูกความร้อนอาจหย่อนหรือยกตัวขึ้นระหว่างการประมวลผล หากไม่ได้รับการรองรับอย่างเพียงพอ การจัดเรียงและลำดับการตัดอย่างชาญฉลาดสามารถลดความเครียดจากความร้อนได้อย่างมาก โดยการกระจายความร้อนให้สม่ำเสมอทั่วแผ่นโลหะ และหลีกเลี่ยงการตัดรวมศูนย์ในบริเวณเดียว สำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีแนวโน้มเคลื่อนที่ระหว่างการตัด การใช้ไมโครเชื่อม (แท็บเล็กๆ) จะช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนล้มหรือยกตัวขึ้น ซึ่งทั้งปกป้องชิ้นส่วนและหัวเลเซอร์ไปพร้อมกัน .

การดัด: การเข้าใจและปรับชดเชยปรากฏการณ์สปริงแบ็ก

สปริงแบ็กอาจเป็นอุปสรรคที่พบบ่อยที่สุดในการดัดแผ่นโลหะอย่างแม่นยำ เมื่อแรมถอยกลับหลังการดัด วัสดุจะคืนตัวแบบยืดหยุ่น — สปริงแบ็กทำให้มุมเปิดกว้างขึ้น หากโปรแกรมกำหนดให้ดัดมุม 90 องศา แต่ผลลัพธ์สุดท้ายได้มุม 92 องศา ความคลาดเคลื่อนนี้เกิดจากพฤติกรรมของวัสดุ ไม่ใช่ข้อผิดพลาดของเครื่องจักร .

วัสดุแต่ละชนิดมีลักษณะสปริงแบ็กที่แตกต่างกัน สแตนเลสเกรด 304 โดยทั่วไปจะคืนตัว 2 ถึง 3 องศา แผ่นเหล็กอ่อนอาจคืนตัว 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของมุมที่ดัด เช่น การดัดให้ได้มุม 60 องศา อาจจำเป็นต้องดัดให้ถึง 66 องศา ยิ่งความแข็งแรงของวัสดุสูงขึ้น และรัศมีการโค้งใหญ่ขึ้น เอฟเฟกต์การคืนตัวหลังการดัดก็จะยิ่งมากขึ้น แผ่นบางโดยทั่วไปแสดงเอฟเฟกต์การคืนตัวหลังการดัดอย่างชัดเจนกว่าแผ่นหนาภายใต้กระบวนการเดียวกัน แม้แต่วัสดุชนิดเดียวกันจากล็อตต่าง ๆ หรือที่มีทิศทางการรีดไม่เหมือนกัน ก็อาจแสดงพฤติกรรมการคืนตัวหลังการดัดที่แตกต่างกัน .

ควบคุม การดัดเกินมุมเป้าหมาย (Overbending) การทดลองดัดจริงคือวิธีโดยตรงที่สุดในการชดเชยเอฟเฟกต์การคืนตัวหลังการดัด ผู้ปฏิบัติงานจะทำการดัดทดสอบด้วยวัสดุจริง วัดมุมที่ได้จริง จากนั้นคำนวณค่าการคืนตัวหลังการดัด เช่น หากตั้งโปรแกรมให้ดัดที่มุม 90° แล้วได้มุมจริง 92° แสดงว่าจำเป็นต้องเพิ่มมุมการดัดเกินขึ้นประมาณ 2° ระบบ CNC สมัยใหม่รองรับการปรับแก้มุมโดยตรงผ่านอินเทอร์เฟซควบคุม ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างสม่ำเสมอโดยไม่จำเป็นต้องปรับด้วยมือทุกครั้ง .

การดัด: การเลือกเครื่องมือ, แรงดัด (tonnage), และทิศทางของเกรน

การเลือกแม่พิมพ์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการลดการคืนตัวหลังการดัด (springback) และให้ได้มุมการดัดที่แม่นยำ ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการใช้ช่องเปิดของแม่พิมพ์รูปตัววี (V-die opening) ที่กว้างเกินไป ซึ่งจะทำให้รัศมีการดัดเพิ่มขึ้น และส่งผลให้การคืนตัวหลังการดัดเพิ่มขึ้นด้วย โดยทั่วไป: สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (mild steel) ควรใช้ช่องเปิดรูปตัววีที่มีขนาดเท่ากับ 6 ถึง 8 เท่าของความหนาของวัสดุ ส่วนเหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) ควรลดขนาดช่องเปิดรูปตัววีลงเล็กน้อย เพื่อควบคุมการคืนตัวแบบยืดหยุ่น (elastic recovery) .

ข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุต่อแม่พิมพ์ แตกต่างกันมากอย่างเห็นได้ชัด สำหรับ เหล็กกล้าไร้สนิม (304, 316) เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) วัสดุชนิดนี้มีความแข็งแรงสูงแต่ปรับแต่งยาก ทั้งยังมีค่าความต้านแรงดึงสูงและมีการคืนตัวหลังการดัดมากขึ้น แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการใช้รัศมีการดัดที่ใหญ่ขึ้น ใช้แม่พิมพ์รูปตัววีที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ และใช้แรงดัน (tonnage) ที่สูงขึ้น การดัดเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความหนาเท่ากันนั้น ต้องใช้แรงดันประมาณ 50% มากกว่าการดัดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ นอกจากนี้ยังต้องระวังปัญหาการขีดข่วนพื้นผิว — จึงควรใช้ฟิล์มป้องกัน หรือแม่พิมพ์ที่ผ่านการขัดเงาแล้ว สำหรับ อลูมิเนียม (5052, 6061) อลูมิเนียม (aluminum) วัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติแตกต่างกันมากตามเกรดที่ใช้ เช่น เกรด 5052 มีน้ำหนักเบาและนุ่ม ในขณะที่เกรด 6061-T6 มีความเปราะและมีแนวโน้มแตกร้าวได้ง่าย . ใช้แม่พิมพ์ตัววีที่กว้างขึ้นเพื่อลดการแตกร้าว พิจารณาใช้วัสดุที่ผ่านการอบอ่อนสำหรับการดัดโค้งแบบแน่น และใช้เครื่องมือเจาะรัศมีแทนหัวดัดแบบคม . ทิศทางของเม็ดผลึก ทิศทางของเมล็ดวัสดุสำคัญยิ่งต่อวัสดุทุกชนิด: การดัดข้ามแนวเมล็ดจะให้รอยดัดที่แข็งแรงกว่า ในขณะที่การดัดตามแนวเมล็ดจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว .

การดัด: ปัจจัยในการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับรู ช่องเปิด และร่องคลายแรงดัด

คุณลักษณะการออกแบบต้องจัดวางอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวระหว่างกระบวนการดัด รู รูที่วางใกล้เส้นดัดเกินไปจะยืดออกเป็นรูปวงรีระหว่างกระบวนการดัด . ระยะห่างต่ำสุดที่แนะนำจากขอบรูถึงเส้นดัดคือสองเท่าของความหนาวัสดุ (2T) โดยค่าที่แนะนำคือ 3T บวกกับรัศมีการดัด . ส่วนเชื่อม (วัสดุที่เหลืออยู่) ระหว่างรูสองรู หรือระหว่างรูกับขอบด้านนอก ต้องมีความกว้างไม่น้อยกว่าความหนาของวัสดุ หากส่วนเชื่อมบางเกินไป ความร้อนจากการตัดด้วยเลเซอร์อาจทำให้วัสดุบิดงอหรือละลาย .

The รัศมีด้านในของการโค้ง ห้ามเล็กกว่าความหนาของวัสดุเพื่อป้องกันรอยร้าวจุลภาคหรือการเสียหายของวัสดุ สำหรับเหล็ก (SPCC) ที่มีความหนาไม่เกิน 3 มม. รัศมีด้านในขั้นต่ำที่แนะนำคือ 1T; สำหรับสแตนเลส (SUS304/316L) คือ 1.5T; และสำหรับอลูมิเนียม (AL5052/6061) คือ 1T . รอยตัดเพื่อลดแรงดันขณะพับ เป็นรอยตัดเล็กๆ ที่วางไว้ใกล้บริเวณส่วนที่งอ เพื่อป้องกันการแตกร้าว การฉีกขาด และการงอที่ไม่ต้องการ โดยลดแรงเครียดที่กระทำต่อโลหะ เมื่องอฟลานจ์ วัสดุบริเวณรากจะถูกบีบให้ยื่นออกด้านข้าง ทำให้เกิดลักษณะนูนด้านข้าง หากพื้นที่บริเวณนั้นจำเป็นต้องแนบสนิทกับพื้นผิวอีกชิ้นหนึ่ง จะต้องมีการตัดบรรเทาแรงงอ (bend relief cut) ค่า K-factor ซึ่งใช้กำหนดตำแหน่งของแกนกลางขณะงอ จำเป็นต้องตั้งค่าให้ถูกต้องตามชนิดของวัสดุและวิธีการผลิต เพื่อให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปสอดคล้องกับขนาดที่ออกแบบไว้ ช่วงค่า K-factor ทั่วไปคือ 0.41–0.44 สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ 0.40–0.45 สำหรับอลูมิเนียม และ 0.44–0.50 สำหรับสแตนเลส .

การผสานกระบวนการ: การรักษาความสม่ำเสมอระหว่างขั้นตอนการตัดและการงอ

การดำเนินงานการขึ้นรูปแผ่นโลหะที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดจะมองการตัดด้วยเลเซอร์และการดัดด้วยเครื่อง CNC เป็นกระบวนการแบบบูรณาการ ไม่ใช่ขั้นตอนที่แยกจากกัน การพัฒนารูปแบบแบนที่แม่นยำจำเป็นต้องใช้ค่า K-factor อย่างเหมาะสม เพื่อชดเชยการยืดตัวของวัสดุขณะดัด รอยตัด (kerf) ซึ่งคือปริมาณวัสดุที่ถูกขจัดออกในระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์ โดยทั่วไปมีขนาดประมาณ 0.3 มม. ต้องแบ่งออกอย่างเท่าเทียมระหว่างส่วนด้านในและด้านนอก เพื่อรักษาความพอดีที่แม่นยำ สำหรับชิ้นส่วนที่มีความคลาดเคลื่อนจำกัด (น้อยกว่า 0.1 มม.) การลดความเร็วในการตัดลง 10 ถึง 15% จะช่วยลดการแปรผันจากความร้อนได้ การบำรุงรักษาอุปกรณ์เลเซอร์เป็นประจำ—เช่น การทำความสะอาดเลนส์ กระจก และหัวฉีด—รวมทั้งการตรวจสอบความสึกหรอของแม่พิมพ์เครื่องดัด ช่วยให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพจะคงที่ตลอดการผลิต ด้วยการเข้าใจและควบคุมตัวแปรทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการตัดด้วยเลเซอร์และการดัด ผู้ผลิตสามารถบรรลุความแม่นยำ ความสม่ำเสมอ และคุณภาพที่แอปพลิเคชันอุตสาหกรรมที่ต้องการสูงเรียกร้อง