Kvalita rezu vláknovým laserom: najčastejšie chyby a ich riešenie

Moderný vláknový laser dokáže vytvárať veľmi presné výpalky s čistou reznou hranou, pri ktorých nie je nutné ďalšie opracovanie. Ani výkonný a kvalitný CNC laser však nezaručuje perfektný výsledok za všetkých okolností. Kvalitu rezu ovplyvňuje kombinácia celého radu faktorov - nastavený výkon, rýchlosť rezania, poloha ohniska, stav trysky, tlak a kvalita rezného plynu, stav ochranného sklíčka aj samotný materiál.

Potrebujete poradiť?

Pokiaľ sa na spodnej hrane výpalku začnú objavovať otrepy, laser niektoré miesta nedorezáva alebo sa výrazne zhorší vzhľad reznej hrany, nie je preto vždy správnym riešením jednoducho zvýšiť výkon lasera.

V tomto článku sa pozrieme na najčastejšie problémy pri laserovom rezaní kovov, ich možné príčiny a postup pri hľadaní závady.

Čo ovplyvňuje kvalitu laserového rezu?

Výsledná kvalita rezu je vždy kombináciou stroja, technológie a správneho nastavenia. Medzi najdôležitejšie faktory radíme:

1. Rýchlosť rezania
2. Poloha ohniska alebo fokus
3. Druh a tlak rezného plynu
4. Priemer a typ rezacej trysky
5. Centrovanie laserového lúča
6. Čistota ochranného sklíčka
7. Správna funkcia snímania výšky
8. Stav rezacej hlavy
9. Nastavenie prepalu materiálu

Parametre vhodné napríklad pre 2mm konštrukčnú oceľ budú úplne iné ako pri rezaní 15mm plechu. Rovnako sa líšia nastavenia pre kyslík, dusík alebo stlačený vzduch.

Preto majú moderné CNC vláknové lasery vytvorené technologické tabuľky pre jednotlivé materiály a hrúbky, ktoré sa následne pri uvádzaní stroja do prevádzky ďalej optimalizujú podľa konkrétnej výroby.

Otrepy na spodnej hrane výpalku

Otrepy patria medzi najčastejšie problémy pri laserovom rezaní. Môžu byť takmer neviditeľné, ale tiež vytvoriť výraznú vrstvu stuhnutého materiálu, ktorú je potrebné následne mechanicky odstrániť.

Samotný výskyt otrepov ešte presne neurčuje príčinu. Najčastejšie je potrebné preveriť nasledujúce oblasti.

Rýchlosť rezania

Príliš vysoká rýchlosť môže spôsobiť, že laser nestačí materiál správne prerezať a roztavený kov nie je dostatočne odstránený z reznej škáry.

Problém však môže vzniknúť aj pri príliš pomalom rezaní, keď sa do materiálu vnáša zbytočne veľké množstvo energie.

Ideálnym riešením preto nie je rýchlosť bez ďalšieho iba znižovať, ale nájsť správny pomer medzi:

Výkonom - Rýchlosťou - Tlakom plynu

Nedostatočný alebo nestabilný tlak plynu

Pomocný plyn má pri laserovom rezaní okrem iného za úlohu odstrániť roztavený materiál z reznej škáry.

Pokiaľ je prietok alebo tlak nedostatočný, môže roztavený kov zostať na spodnej hrane výpalku a vytvoriť otrepy alebo trosku.

Je preto vhodné kontrolovať nielen nastavenú hodnotu tlaku, ale aj skutočný tlak pri rezaní.

Pri systéme stlačeného vzduchu je dôležitá taktiež dostatočná kapacita kompresora.

Nesprávna poloha fokusu

Poloha ohniska laserového lúča výrazne ovplyvňuje spôsob, akým je energia rozložená v hrúbke materiálu. Nesprávne nastavený fokus môže spôsobiť:

• Horší prienik lasera materiálom
• Hrubšiu reznú hranu
• Väčšie množstvo otrepov
• Príliš širokú reznú škáru

Moderné laserové hlavy preto používajú automatickú zmenu polohy ohniska. Ani automatické zaostrovanie však neznamená, že nie je potrebné mať pre konkrétny materiál správne nastavené technologické parametre.

Laser plech nedorezáva

Pokiaľ laser materiál miestami neprereže, je vhodné postupovať systematicky. Zvyšovanie výkonu by nemalo byť prvou reakciou.

Znečistené ochranné sklíčko

Ochranné sklíčko chráni optické časti laserovej hlavy pred nečistotami a rozstrekom vznikajúcim pri rezaní a prepale.

Pokiaľ je sklíčko znečistené alebo poškodené, môže dôjsť k zhoršeniu priechodu laserového žiarenia a tým aj kvality rezu.

Typickým príznakom môže byť situácia, kedy stroj pôvodne reže správne, ale kvalita sa postupne zhoršuje.

Ochranné sklíčko je preto spotrebná súčasť rezacej hlavy a jeho stav by mal byť pravidelne kontrolovaný.

Stav rezacej trysky je dôležitý

Tryska stojí v porovnaní s cenou laserového stroja minimum, jej stav má ale na kvalitu rezu zásadný vplyv.

Cez trysku prúdi rezný plyn priamo do reznej škáry.

Výsledkom zlej trysky môže byť zvýšená tvorba otrepov alebo dokonca nedorezávanie materiálu.

Ako spoznať problém s centrovaním?

Jedným z možných príznakov je rozdielna kvalita rezu podľa smeru.

1. Jedna strana štvorcového výpalku je kvalitná
2. Protiľahlá strana má výrazne horšiu hranu

V takom prípade je vhodné okrem technologických parametrov skontrolovať práve stav trysky a centrovanie laserového lúča voči otvoru trysky.

Kontrola trysky by mala byť jednou z prvých vecí, ktoré obsluha pri náhlom zhoršení kvality vykoná.

Hrubá alebo zvlnená rezná hrana

Pri dobre nastavenom rezaní by mala mať hrana rovnomernú štruktúru.

Ak sa na nej objavia výrazné ryhy, zvlnenie alebo zmena štruktúry v rôznych častiach výpalku, môže byť príčinou napríklad:

• Nesprávna rýchlosť
• Nevhodná poloha ohniska
• Nedostatočný výkon pre danú hrúbku
• Nestabilný tlak plynu
• Poškodená tryska
• Znečistené ochranné sklíčko

Dôležitý je aj smer ryhovania na hrane. Ten môže skúsenému technikovi pomôcť pri hľadaní príčiny problému.

Vplyv rezného plynu na kvalitu hrany

Voľba rezného plynu môže zmeniť nielen rýchlosť rezania a prevádzkové náklady, ale aj výsledný vzhľad výpalku.

Kyslík

Kyslík sa tradične používa predovšetkým pri rezaní konštrukčnej ocele.

Pri rezaní sa aktívne podieľa na procese a umožňuje rezať aj väčšie hrúbky materiálu s nižším výkonom lasera.

Nevýhodou je vznik oxidovanej reznej hrany. Pokiaľ má byť výrobok následne napríklad práškovo lakovaný alebo ďalej technologicky spracovávaný, môže byť v niektorých prípadoch potrebné oxidickú vrstvu odstrániť.

Dusík

Dusík je inertný plyn a používa sa tam, kde je požadovaná čistá a neoxidovaná rezná hrana. Typické použitie je:

• Nerezová oceľ
• Hliník
• Pohľadové diely

Pri rezaní dusíkom musí celý procesný výkon dodať laser, preto je najmä pri silnejších materiáloch dôležitý dostatočný výkon laserového zdroja.

Stlačený vzduch

Stlačený vzduch je zaujímavou ekonomickou alternatívou pre množstvo aplikácií. Musí však byť:

• Suchý
• Zbavený oleja
• Čistý

Na použitie pri výkonných vláknových laseroch je potrebný vhodne dimenzovaný kompresor a kvalitná úprava stlačeného vzduchu.

V praxi môže byť stlačený vzduch veľmi výhodný napríklad pri spracovaní niektorých tenších materiálov, pozinkovaných plechov alebo hliníka.

Okuje a oxidovaná hrana konštrukčnej ocele

Pokiaľ režeme konštrukčnú oceľ kyslíkom, dochádza počas procesu k oxidácii. Určité zafarbenie a oxidická vrstva preto nie je automaticky známkou nesprávneho nastavenia stroja.

Rozhodujúce je, aký výsledok požaduje následná technológia.

Pokiaľ ide výpalok napríklad priamo do konštrukcie, nemusí oxidická hrana predstavovať zásadný problém. Ak však nasleduje lakovanie alebo zváranie, môže byť vhodnejšie zvoliť inú technológiu rezania alebo hranu pred ďalšou operáciou upraviť.

U moderných vysokovýkonných fiber laserov sa preto stále častejšie využíva aj rezanie konštrukčnej ocele dusíkom alebo zmiešanými plynmi.

Vzdialenosť laserovej hlavy od materiálu

Rezacia hlava počas práce automaticky sleduje povrch plechu a udržuje požadovanú vzdialenosť trysky od materiálu.

Pokiaľ snímanie výšky nefunguje správne, menia sa tiež podmienky prúdenia rezného plynu a kvalita rezu. Problém môže spôsobovať napríklad:

• Poškodená keramická časť hlavy
• Znečistená tryska
• Zlý elektrický kontakt
• Deformovaný alebo zvlnený plech
• Nesprávna kalibrácia snímania výšky

Po kolízii laserovej hlavy s materiálom je preto vhodné skontrolovať nielen samotnú trysku, ale aj jej uloženie a keramiku.

Kvalitný laser potrebuje správne nastavenie

Výkon laserového zdroja je pri výbere CNC lasera dôležitý, ale rozhodne nie je jediným parametrom, ktorý určuje výslednú kvalitu výroby.

Práve pri inštalácii nového vláknového lasera je preto dôležité vykonať rezacie skúšky na materiáloch, ktoré bude zákazník skutočne spracovávať.

Pri laserových rezacích strojoch GWEIKE zaisťujeme inštaláciu, uvedenie do prevádzky, nastavenie rezných parametrov a zaškolenie obsluhy priamo u zákazníka. Súčasťou našich služieb je aj následná technická a servisná podpora.

Kedy už kontaktovať servis?

Pokiaľ boli skontrolované základné technologické parametre, tryska, ochranné sklíčko a kvalita rezu je stále výrazne horšia ako predtým, je vhodné problém konzultovať so servisom. Technik môže následne preveriť napríklad:

• Stav rezacej hlavy
• Stav optickej sústavy
• Funkciu snímania výšky
• Tlak a prietok plynu
• Nastavenie riadiaceho systému

Čím presnejšie zákazník problém popíše, tým rýchlejšia môže byť diagnostika.

Najčastejšie otázky ku kvalite laserového rezu

Prečo vznikajú pri laserovom rezaní otrepy?
Otrepy môžu vznikať pri nevhodnej kombinácii rýchlosti, polohy ohniska a tlaku rezného plynu. Príčinou môže byť aj poškodená alebo zle vycentrovaná tryska či znečistené ochranné sklíčko.

Ako poznám zle vycentrovanú trysku?
Jedným z typických príznakov môže byť rozdielna kvalita rezu podľa smeru pohybu laserovej hlavy. Jeden smer rezu môže byť výrazne kvalitnejší ako iný.

Prečo sa kvalita rezu postupne zhoršuje?
Pokiaľ sa kvalita zhoršuje postupne, je vhodné skontrolovať predovšetkým spotrebné časti rezacej hlavy, stav ochranného sklíčka, trysku a stabilitu prívodu rezného plynu.

Je lepšie rezať kyslíkom, dusíkom alebo vzduchom?
Záleží na materiáli, hrúbke a požadovanej kvalite hrany. Kyslík sa často používa na konštrukčnú oceľ, dusík tam, kde potrebujeme čistú neoxidovanú hranu, a stlačený vzduch môže predstavovať ekonomické riešenie pre rad bežných aplikácií.

Potrebujete poradiť s výberom CNC lasera?

Dodávame CNC vláknové lasery GWEIKE na rezanie plechov, rúrok a profilov. Zaisťujeme kompletnú dodávku technológie vrátane inštalácie, nastavenia rezných parametrov, zaškolenia obsluhy a záručného aj pozáručného servisu.

Pokiaľ riešite obstaranie nového laserového rezacieho stroja alebo potrebujete poradiť s vhodnou konfiguráciou pre konkrétnu výrobu, radi s Vami prejdeme Vašu potrebu a navrhneme vhodné riešenie.

Kontakt

info@cnc-laser.cz
+420 777 210 149