Στην επεξεργασία μετάλλων, οι μηχανές κοπής λέιζερ χρησιμοποιούν ακτίνες λέιζερ υψηλής πυκνότητας ενέργειας για να επιτύχουν τήξη, εξατμίωση και διαχωρισμό υλικών.Η εστιακή θέση είναι μία από τις βασικές παραμέτρους της διαδικασίας στην κοπή με λέιζερΕπηρεάζει άμεσα την κατανομή της ενέργειας, τη μορφολογία της λιωμένης δεξαμενής, την ποιότητα της κοπής και τη σταθερότητα της κοπής.Ο σωστός έλεγχος της εστιακής θέσης είναι κρίσιμη προϋπόθεση για την επίτευξη υψηλής ποιότητας αποτελεσμάτων κοπής.
Ι. Βασικός ορισμός της εστιακής θέσης της κοπής με λέιζερ
Η εστιακή θέση στην κοπή με λέιζερ αναφέρεται στο σημείο στο οποίο η ακτίνα λέιζερ εστιάζεται από την κεφαλή κοπής για να επιτευχθεί η μικρότερη διάμετρος κηλίδας και η υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας.Λαμβάνοντας ως σημείο μηδενικής αναφοράς την επιφάνεια του εργαστηρίου, η εστιακή θέση μπορεί να χωριστεί σε τρεις καταστάσεις:
Θετική εστίαση (εστίαση που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του εργαστηρίου)
Μηδενική εστίαση (εστίαση που βρίσκεται στην επιφάνεια του εργαστηρίου)
Αρνητική εστίαση (εστίαση που βρίσκεται στο εσωτερικό του υλικού του εργαστηρίου)
Διαφορετικές εστιακές θέσεις αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια λέιζερ συνδυάζεται με το υλικό, επηρεάζοντας έτσι τη διαδικασία κοπής και την ποιότητα κοπής.
ΙΙ. Επίδραση της εστιακής θέσης στην κατανομή της ενέργειας του λέιζερ
Η ακτίνα λέιζερ φτάνει τη μέγιστη πυκνότητα ενέργειας στο εστιακό σημείο.Αλλαγές στην εστιακή θέση οδηγούν στα ακόλουθα αποτελέσματα:
Διακύμανση της συγκέντρωσης ενέργειας
Όσο πιο κοντά είναι η εστίαση στην επιφάνεια του υλικού, τόσο πιο συγκεντρωμένη είναι η ενέργεια του λέιζερ, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη αρχική απόδοση τήξης.
Διακύμανση της κατανομής της ενέργειας κατά μήκος του πάχους του υλικού
Σε συνθήκες αρνητικής εστίασης, η ενέργεια λέιζερ σχηματίζει μια μεγαλύτερη ζώνη αποτελεσματικής αλληλεπίδρασης στο εσωτερικό του υλικού, η οποία είναι ευεργετική για την κοπή παχιάς πλάκας.
Αλλαγές στη μορφολογία της λιωμένης δεξαμενής
Διαφορετικές εστιακές θέσεις επηρεάζουν το βάθος, το πλάτος και τη σταθερότητα της λιωμένης δεξαμενής, επηρεάζοντας έτσι τη γεωμετρία του κορφών και την ποιότητα της επιφάνειας κοπής.
ΙΙΙ. Επιπτώσεις των διαφόρων εστιακών θέσεων στην ποιότητα κοπής
1Επίδραση της θετικής εστίασης στην ποιότητα της κοπής
Όταν η εστίαση τοποθετείται πάνω από την επιφάνεια του εργαστηρίου, το σημείο λέιζερ στην επιφάνεια του υλικού είναι σχετικά μεγαλύτερο:
Μία πιο ομοιόμορφη κατανομή ενέργειας στην επιφάνεια εισόδου κοπής
Ευρύτερη κοπής στην επάνω επιφάνεια
Σχετικά ασθενέστερη εκδίωξη προς τα κάτω του λιωμένου μετάλλου
Η κατάσταση αυτή είναι κατάλληλη για λεπτά υλικά και εφαρμογές με υψηλότερες απαιτήσεις για την ποιότητα της εμφάνισης της επιφάνειας.
2Επίδραση της μηδενικής εστίασης στη μείωση της ποιότητας
Όταν η εστίαση βρίσκεται στην επιφάνεια του εργαστηρίου:
Η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ φτάνει το μέγιστο της.
Ταχύτητα κοπής σχετικά υψηλή
Το πλάτος του κορφών είναι μικρότερο.
Βελτιώνεται η κατακόρυφη θέση του Kerf
Η μηδενική εστίαση χρησιμοποιείται συνήθως για την υψηλής ταχύτητας κοπή λεπτών και μεσαίου πάχους πλάκες, παρέχοντας μια καλή ισορροπία της συνολικής ποιότητας κοπής.
3Επίδραση της αρνητικής εστίασης στη μείωση της ποιότητας
Όταν η εστίαση τοποθετείται στο εσωτερικό του εργαστηρίου:
Η ενέργεια του λέιζερ εκτείνεται βαθύτερα στο υλικό
Αύξηση του βάθους της λιωμένης δεξαμενής
Βοηθούν το αέριο μπορεί πιο αποτελεσματικά να εκτοξεύσει το λιωμένο υλικό από τον πυθμένα της κοπής
Η αρνητική εστίαση εφαρμόζεται ευρέως στην κοπή παχιάς πλάκας και συμβάλλει στη μείωση του σχηματισμού απορριμμάτων, βελτιώνοντας παράλληλα την πλήρη ικανότητα διείσδυσης.
IV. Επίδραση της εστιακής θέσης στο σχήμα της κοπής και στην εγκάρσια τομή της κοπής
Ακατάλληλη εστιακή τοποθέτηση μπορεί να οδηγήσει στα ακόλουθα προβλήματα:
Κερφ με ευρύτερη κορυφή και στενότερο κάτω μέρος, ή αντίστροφα
Ατμόσφαιρα με σχοινιά
Αύξηση των αποβλήτων στο κάτω άκρο
Ατελή κοπή ή διακοπή κοπής
Η σωστή ρύθμιση του εστιασμού βοηθά στη βελτίωση της κατακόρυφης διατομής, της ομαλότητας της διατομής και της συνολικής συνέπειας της κοπής.
V. Συνεργατική επίδραση της εστιακής θέσης και του αερίου υποβοήθησης
Κατά τη διάρκεια της κοπής με λέιζερ, τα αέρια υποβοήθησης όπως οξυγόνο, άζωτο και αέρα αλληλεπιδρούν στενά με την εστιακή θέση:
Όταν η εστίαση είναι πιο ψηλά τοποθετημένη, το αέριο δρα κυρίως στην επιφανειακή λιωμένη ζώνη
Όταν το επίκεντρο είναι τοποθετημένο χαμηλότερα, το αέριο βοηθά πιο αποτελεσματικά την εκτόξευση λιωμένης πισίνας
Η εστιακή θέση και το ύψος του ακροφύλλου επηρεάζουν από κοινού τη σταθερότητα της ροής αερίου
Η ρύθμιση της εστίασης πρέπει να συντονίζεται με την πίεση του αερίου και τη διάμετρο του ακροφύλλου.
VI. Συχνές επιπτώσεις της εσφαλμένης ρύθμισης της εστιακής θέσης
Η εσφαλμένη εστιακή τοποθέτηση μπορεί να οδηγήσει σε:
Μειωμένη ταχύτητα κοπής
Λιγότερη απόδοση χρήσης ισχύος λέιζερ
Ασφαλής ποιότητα κοπής
Αυξημένο θερμικό φορτίο των οπτικών εξαρτημάτων
Ως εκ τούτου, σε πρακτικές εφαρμογές, η εστιακή θέση πρέπει να βελτιστοποιείται δυναμικά με βάση το πάχος του υλικού, την ισχύ λέιζερ και τις παραμέτρους της διαδικασίας κοπής.
Γενικές αρχές για τη ρύθμιση της εστιακής θέσης σε πρακτικές εφαρμογές
Οι ακόλουθες κατευθυντήριες γραμμές εφαρμόζονται συνήθως:
Μηδενική εστίαση ή ελαφρά θετική εστίαση για την κοπή λεπτών φύλλων
Αρνητική εστίαση για την κοπή παχιάς πλάκας
Αυξημένη αρνητική εστίαση για την κοπή λέιζερ υψηλής ισχύος
Προσαρμογή της εστιακής εμβέλειας για υλικά υψηλής ανακλαστικότητας για τη βελτίωση της απόδοσης ενεργειακής ζεύξης
Η εστιακή θέση της κοπής με λέιζερ είναι μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους της διαδικασίας που επηρεάζουν την ποιότητα κοπής.η απόδοση τήξης μπορεί να βελτιωθείΚατά την πραγματική παραγωγή, η ακριβής προσαρμογή της εστίας πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις ιδιότητες του υλικού, τις παραμέτρους του εξοπλισμού,και απαιτήσεις διαδικασίας για την επίτευξη σταθερών και αξιόπιστων επιδόσεων κοπής.