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Máquina de corte por láser

Número Navegar:23     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2017-10-12      Origen:motorizado Su mensaje

contorno

• Parámetros de procesamiento de materiales

• Descripción del proceso

• Mecanismos de corte por láser


Efecto de la densidad de potencia

• La densidad de potencia es el controlador clave del proceso

• Densidad de potencia (Intensidad) = P / pr2

Cortadora láser (1)

Variables de proceso para procesamiento de material

• Las otras variables de proceso importantes:

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Gráfico de tiempo de interacción y proceso empírico

• Tiempo de interacción, t = 2 r / v

donde r = radio del haz yv = velocidad

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Acero estructural

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Corte

• El corte por láser puede cortar más rápido y con mayor calidad que los procesos que compiten:

- Punzón, plasma, chorro de agua abrasivo, ultrasonido, oxyflame, aserrado y fresado

• Se puede automatizar

• 80% de láser industrial en Japón se utilizan para corte de metales

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Configuración de corte típica

Cortadora láser (6)

Características del proceso

• Es uno de los procesos de corte más rápidos.

• La pieza de trabajo no necesita sujeción, pero se recomienda sujetarla para evitar que se mueva con la aceleración de la mesa y para localizarla cuando se utiliza un programa CNC.

• El desgaste de la herramienta es cero ya que el proceso es un proceso de corte sin contacto.

• Los cortes pueden realizarse en cualquier dirección, la polarización puede afectar la Eficiencia del proceso.

• El nivel de ruido es bajo.

• El proceso puede automatizarse fácilmente con buenas perspectivas de control adaptativo en el futuro.

• Ningún cambio costoso de herramientas es principalmente "suave".Es decir, solo son cambios de programación.Por lo tanto, el proceso es altamente flexible.

• Algunos materiales pueden cortarse en pila, pero puede haber un problema con la soldadura entre capas.

• Casi todos los materiales de ingeniería se pueden cortar.Pueden ser conductores friables, frágiles, eléctricos o no conductores, duros o blandos.

- Solo los materiales altamente reflectantes, como el aluminio y el cobre, pueden plantear un problema, pero con un control del haz adecuado estos pueden cortarse satisfactoriamente.


Respuesta de proceso

• El corte puede tener un ancho de corte muy estrecho que permite un ahorro sustancial de material.(Kerf es el ancho de la abertura de corte)

• Los bordes cortados pueden ser cuadrados y no redondeados como en la mayoría de los procesos de inyección en caliente u otras técnicas de corte térmico.

• El borde cortado puede ser liso y limpio.Es un corte terminado, que no requiere más limpieza o tratamiento.

• El borde cortado se puede volver a soldar directamente con poca o ninguna preparación en la superficie.

• No hay rebabas de borde como con las técnicas de corte mecánico.La adhesión de la escoria generalmente se puede evitar.

• Hay una HAZ (zona afectada por el calor) muy estrecha y una capa resolidificada muy delgada de pocos μm, particularmente en cortes sin escoria.Hay una distorsión insignificante.

• Se pueden hacer cortes ciegos en algunos materiales, particularmente en los que se volatilizan, como la madera o el acrílico.

• La profundidad de corte depende de la potencia del láser.10-20 mm es el rango actual para cortes de alta calidad.Algunos láseres de fibra de muy alta potencia podrían cortar 50 mm.


Escoria

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Mecanismos de proceso

• El rayo se atraviesa en una trayectoria programada y la eliminación de material se produce debido a múltiples mecanismos.

• Derritiendo

- El material que presenta una fase fundida de baja viscosidad, especialmente metales y aleaciones, y termoplásticos, se corta mediante la acción de calentamiento de un haz de densidad de potencia del orden de 104Wmm-2.

- La fusión es asistida por la acción de cizallamiento de una corriente de gas auxiliar activo o inerte, resulta en la formación de un canal fundido a través del material llamado corte (ranura).

• Vaporización

- Adecuado para materiales que no se derriten fácilmente (algunos vidrios, cerámicas y composites)

- Los materiales se pueden cortar mediante vaporización inducida por una mayor densidad de potencia del haz (> 104Wmm-2)

• Degradación química

- Se puede formar una ranura en muchos materiales orgánicos por degradación química causada por la acción de calentamiento del haz.

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Mecanismo de eliminación de material en diferentes materiales

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Inert Gas Melt Shearing o Melt and Blow

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Derretir y soplar

• Una vez que se hace un agujero de penetración o el corte se inicia desde el borde

• Un chorro de gas suficientemente fuerte podría expulsar el material fundido de la ranura de corte para evitar que la temperatura suba aún más al punto de ebullición.

• El corte con chorro de gas inerte requiere solo una décima parte de la potencia requerida para la vaporización

• Tenga en cuenta que la proporción de calor latente de fusión a vaporización es 1:20.


Modelado del proceso

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Derretir y soplar

• El grupo [P / tV] es constante para el corte de un material dado con un haz dado.

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Acción de corte

• El rayo incide en la superficie

- La mayor parte de la viga pasa al orificio o la entalladura

- algunos se reflejan en la superficie sin fundir

- Algunos pueden pasar directamente.

• A bajas velocidades, la masa fundida comienza en el borde anterior de la viga y gran parte de la viga pasa a través de la ranura sin tocarse si el material es lo suficientemente delgado.

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Mecanismo detallado de fusión por soplado

• La absorción es por dos mecanismos:

- Principalmente por absorción de Fresnel, es decir, interacción directa del haz con el material -

- Por absorción y reradiación de plasma.La acumulación de plasma en el corte no es muy significativa debido a que el gas lo elimina.

• La densidad de potencia en el frente de corte es Fsinq.Esto provoca una fusión que luego es arrastrada por las fuerzas de arrastre de la corriente de gas que fluye rápidamente.

• En la parte inferior de la ranura, la masa fundida es más gruesa debido a la desaceleración de la película y la tensión superficial que retrasa la fusión para evitar que se desprenda.

• La corriente de gas expulsa las gotas fundidas en la base de

el corte en la atmósfera.


Formación de estriaciones

• A medida que aumenta la velocidad de corte, la viga se acopla automáticamente a la pieza de trabajo de manera más eficiente debido a las pérdidas reducidas a través de la ranura.

• Además, la viga tiende a avanzar hacia el material no fundido.Cuando esto ocurre, la densidad de potencia aumenta ya que la superficie no está inclinada.

• La masa fundida procede más rápido y se arrastra hacia la ranura como un paso.A medida que se baja el escalón, deja una marca en el borde cortado llamada estriación.

• La causa de las estriaciones está en disputa, hay muchas teorías:

- La teoría del paso

- Tamaño crítico de gota que hace que la masa fundida vibre en tamaño antes de que pueda ser soplada libremente.

- La teoría de la quema lateral.

• Hay condiciones bajo las cuales no se producen estrías.Estos se rigen por el flujo de gas o pulsando a la frecuencia de la estriación natural.

Estriaciones

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Corte por fusión reactiva

• Si el gas de asistencia también es capaz de reaccionar exotérmicamente, se agrega una fuente de calor adicional al proceso.

• El gas que pasa a través de la ranura no solo arrastra la masa fundida sino que también reacciona con la masa fundida.

• Por lo general, el gas reactivo es oxígeno o alguna mezcla que contenga oxígeno.

• La reacción de quemado comienza generalmente a la temperatura de ignición en la parte superior.

• El óxido se forma y se sopla dentro de la ranura y cubrirá la masa fundida más abajo, lo que ralentiza la reacción e incluso puede ocasionar roturas en las líneas de estriación.


Fusión reactiva

• La cantidad de energía suministrada por la reacción de combustión varía con el material

- con acero suave / inoxidable es 60%

- con un metal reactivo como el titanio, es alrededor del 90%.

• Las velocidades de corte podrían duplicarse con esta técnica.

• Por lo general, cuanto más rápido sea el corte, menor será la penetración de calor y mejor será la calidad.

• Se puede producir un cambio químico en la pieza de trabajo debido a la fusión reactiva.

- Con titanio, esto puede ser crítico ya que el borde tendrá algo de oxígeno y será más difícil y más propenso a agrietarse.

- Con acero dulce no hay un efecto notable, excepto una capa de óxido re-solidificada muy delgada en la superficie del.


Fusión reactiva ...

• La escoria es un óxido (en lugar de metal)

- El acero dulce fluye bien y no se adhiere al metal base

- Con el acero inoxidable, el óxido está compuesto de componentes de alto punto de fusión, como Cr2O3 (punto de fusión ~ 218 ° C) y, por lo tanto, se congela más rápidamente y causa un problema de escoria.

- El aluminio exhibe un comportamiento similar

• Debido a la reacción de quemado se introduce una nueva causa de estrías

- En el corte lento (más bajo que las velocidades de reacción de combustión) se alcanzará la temperatura de ignición y se producirá la combustión desde el punto de ignición hacia afuera en todas las direcciones.

Estriaciones en corte por fusión reactiva

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Proceso de fractura controlada

• El material quebradizo es vulnerable a las fracturas térmicas y puede cortarse rápida y cuidadosamente guiando una grieta con una punta fina calentada por un láser

• El láser calienta un pequeño volumen de la superficie y hace que se expanda y, por lo tanto, provoque tensiones de tracción a su alrededor.

• Si hay una grieta en este espacio, actuará como un aumento de estrés y el craqueo continuará en dirección del punto caliente

• La velocidad a la que se puede guiar una grieta es del orden de m / s

• Cuando la grieta se aproxima a un borde, los campos de tensión se vuelven más complejos


Fractura controlada

• Ventajas:

- La velocidad, la calidad del borde y la precisión son muy buenas en el corte de vidrio.

- Eficaz para cortes rectos

• Desventajas:

- Difíciles de crear cortes perfilados como para la fabricación de espejos de ala de automóvil

- Difícil de modelar y predecir cerca de los bordes


Rango de procesamiento para la fractura controlada

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Scribing

• Este es un proceso para hacer un surco o una línea de agujeros que penetran total o parcialmente

• Esto debilita suficientemente la estructura para que se pueda romper mecánicamente

• Por lo general, los materiales procesados ​​son chips de silicio y sustratos de alúmina

• La calidad se mide por la falta de desechos y la zona afectada por el calor bajo

• Por lo tanto, se utilizan impulsos de baja energía y alta densidad de potencia para eliminar el material principalmente en forma de vapor


Corte de vaporización

• El haz enfocado en el corte por vaporización primero calienta la superficie hasta el punto de ebullición y genera un ojo de cerradura.

• El ojo de la cerradura causa un aumento repentino en la absortividad debido a reflejos múltiples y el agujero se profundiza rápidamente.

• A medida que se profundiza, se genera vapor y escapa expulsando el eyector del orificio o la ranura y estabilizando las paredes fundidas del agujero

• Este es el método habitual de corte para láseres pulsados ​​o en el corte de materiales que no se derriten, como la madera, el carbón y algunos plásticos.


Vaporización

• La tasa de penetración de la viga en la pieza de trabajo se puede estimar a partir de una agrupación

cálculo de capacidad de calor asumiendo

- Flujo de calor 1D

- La conducción se ignora

- La tasa de penetración es similar o más rápida que la tasa de conducción

- volumen eliminado por segundo por unidad de área = velocidad de penetración, V m / s


Vaporización

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Corte en frío

• Los láseres Excimer UV de alta potencia exhiben corte en frío

- La energía del fotón ultravioleta es 4.9eV, que es similar a la energía de enlace para muchos materiales orgánicos.

- Si un enlace es golpeado por un fotón de este tipo, puede romperse

- Cuando se irradia esta radiación sobre plástico con un flujo suficiente de fotones que hay al menos un fotón / enlace, entonces el material simplemente desaparece sin calentar dejando un agujero sin residuos o daños en los bordes


Efecto del tamaño de punto

• Los principales parámetros son la potencia del láser, la velocidad de desplazamiento, el tamaño del punto y el grosor del material.

• El tamaño de punto actúa de dos maneras:

- En primer lugar, una disminución en el tamaño del punto aumentará la densidad de potencia que afecta la absorción y

- En segundo lugar, disminuirá el ancho de corte.

• Láser con potencia estable y modos de orden bajo: por lo general, los modos TEMoo verdaderos disminuyen considerablemente mejor que otros modos


Longitud de onda

• Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la capacidad de absorción para la mayoría de los metales

• Por lo tanto, la radiación YAG es preferible a la radiación de CO2, pero la estructura de modo deficiente de la mayoría

Láseres YAG el beneficio está compensado

• Los láseres de fibra con un buen modo de haz podrían tener una ventaja.


Resumen

• Conceptos básicos de corte por láser

• Mecanismos

• Factores que afectan el corte por láser


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