Cięcie laserowe należy do najbardziej precyzyjnych metod obróbki blach stosowanych we współczesnym przemyśle. Pozwala wykonywać elementy o wysokiej dokładności wymiarowej, niewielkiej szerokości szczeliny cięcia oraz bardzo dobrej jakości powierzchni krawędzi. Dzięki temu znajduje zastosowanie między innymi w produkcji konstrukcji stalowych, komponentów dla przemysłu maszynowego, motoryzacyjnego, spożywczego oraz energetycznego.
Wbrew pozorom ostateczna jakość cięcia nie zależy wyłącznie od mocy lasera. Na efekt końcowy wpływa jednocześnie wiele czynników, takich jak parametry procesu, właściwości materiału, zastosowany gaz technologiczny oraz doświadczenie operatora i odpowiednio przygotowany program CNC. Nawet nowoczesna wycinarka laserowa nie zapewni identycznych rezultatów dla każdej blachy – ten sam materiał o innej grubości lub składzie chemicznym wymaga zmiany ustawień, aby zachować wysoką jakość krawędzi.
Jakość krawędzi jest efektem stabilnego i prawidłowo zoptymalizowanego procesu cięcia. Dobrze wykonany element powinien charakteryzować się:
Na uzyskanie takich rezultatów wpływa jednocześnie wiele czynników. Oprócz samej wycinarki znaczenie mają między innymi moc źródła laserowego, prędkość cięcia, położenie ogniska wiązki, rodzaj i ciśnienie gazu technologicznego, stan dyszy, jakość materiału oraz geometria wycinanego detalu. Dopiero właściwe połączenie wszystkich tych elementów pozwala uzyskać powtarzalną jakość cięcia.
Największy wpływ na jakość cięcia mają odpowiednio dobrane parametry technologiczne.
Moc źródła powinna być dostosowana do rodzaju oraz grubości materiału. Zbyt mała może powodować niepełne przecięcie blachy, natomiast zbyt duża zwiększa ilość energii przekazywanej do materiału, co może prowadzić do pogorszenia jakości krawędzi i zwiększenia strefy wpływu ciepła.
Jest jednym z najważniejszych parametrów procesu.
Zbyt mała prędkość może powodować:
Z kolei zbyt duża prędkość może prowadzić do:
Odpowiednie ustawienie punktu ogniskowania decyduje o koncentracji energii w materiale. Nawet niewielka zmiana położenia ogniska może wpłynąć na szerokość szczeliny cięcia, prostopadłość krawędzi oraz jakość powierzchni.
Rodzaj gazu pomocniczego ma istotny wpływ zarówno na jakość, jak i wydajność procesu.
| Rodzaj materiału | Stosowany gaz | Charakterystyka uzyskanej krawędzi |
| Stal węglowa | Tlen | Wysoka wydajność cięcia, dobra jakość krawędzi, możliwość cięcia większych grubości materiału. |
| Stale wysokostopowe, Aluminium | Azot | Gładka, jasna krawędź bez przebarwień i warstwy tlenków, odpowiednia do dalszego spawania i obróbki. |
| Stal węglowa, Stale wysokostopowe, Aluminium | Sprężone powietrze | Dobre parametry cięcia przy niższych kosztach eksploatacji, nieznaczna warstwa tlenków na krawędzi |
Na jakość procesu wpływa również stan techniczny dyszy. Jej uszkodzenie lub nieprawidłowe ustawienie może powodować pogorszenie jakości krawędzi, zwiększenie ilości gratu oraz niestabilność procesu. Istotne znaczenie ma także jakość samej blachy. Nierówności powierzchni, naprężenia wewnętrzne oraz zmienny skład chemiczny materiału mogą wpływać na przebieg procesu i utrudniać uzyskanie jednakowej jakości wszystkich wycinanych elementów.
Strefa wpływu ciepła (Heat Affected Zone – HAZ) to obszar materiału przylegający do linii cięcia, którego mikrostruktura uległa zmianie pod wpływem wysokiej temperatury, mimo że sam materiał nie został stopiony.
Nadmierna szerokość strefy wpływu ciepła może powodować:
Cięcie laserowe, dzięki dużej koncentracji energii i wysokiej prędkości procesu, pozwala zwykle uzyskać węższą strefę wpływu ciepła niż cięcie plazmowe lub tlenowe. Jej rzeczywista szerokość zależy jednak od materiału, grubości oraz zastosowanych parametrów
Minimalizacji SWC sprzyjają:
Nowoczesne wycinarki laserowe umożliwiają uzyskanie bardzo wysokiej dokładności wykonania elementów.
W praktyce, w zależności od rodzaju materiału, jego grubości, geometrii detalu oraz zastosowanych parametrów, przy odpowiednich warunkach możliwe jest osiągnięcie tolerancji rzędu około ±0,05-0,20 mm.
Ocena jakości cięcia prowadzona jest zgodnie z wymaganiami normy ISO 9013, która określa między innymi:
Rzeczywista dokładność zależy jednak nie tylko od możliwości samej wycinarki, lecz również od prawidłowego przygotowania programu CNC, stanu technicznego maszyny oraz właściwego doboru parametrów procesu.
Jest to naturalna konsekwencja przebiegu procesu cięcia.
Podczas obróbki cienkich blach energia wiązki bardzo szybko przechodzi przez materiał, co umożliwia stosowanie wysokich prędkości cięcia i uzyskanie wyjątkowo gładkich krawędzi.
W przypadku grubych blach sytuacja wygląda inaczej. Znacznie większa ilość materiału musi zostać stopiona, a następnie skutecznie usunięta ze szczeliny cięcia. Większego znaczenia nabierają wtedy ciśnienie gazu, położenie ogniska, stabilność procesu oraz odpowiednio dobrana moc źródła laserowego.
Parametry stosowane przy blachach o grubości 2 mm nie będą odpowiednie dla materiału o grubości 20 mm, nawet jeśli wykorzystywana jest ta sama wycinarka.
Źródła laserowe o mocy około 4 kW bardzo dobrze sprawdzają się podczas cięcia cienkich i średnich blach, zapewniając wysoką jakość krawędzi oraz ekonomiczną pracę. W przypadku grubszych materiałów coraz większego znaczenia nabiera jednak dostępna moc.
Lasery o mocy 12 kW umożliwiają utrzymanie wysokiej wydajności również podczas cięcia grubych blach, skracają czas obróbki oraz zwiększają zakres materiałów, które można obrabiać z zachowaniem wysokiej jakości jednak ze względu na większą moc proces jest bardziej energochłonny. Nie oznacza to jednak, że większa moc automatycznie gwarantuje lepszy efekt. Kluczowe znaczenie ma odpowiednia optymalizacja parametrów procesu dla konkretnego materiału, jego grubości oraz geometrii wycinanego elementu.
W praktyce właśnie właściwy dobór parametrów decyduje o jakości wykonania detali. Dlatego w Calmtec Service ustawienia procesu są dobierane indywidualnie do każdego zlecenia, z uwzględnieniem rodzaju materiału, jego grubości oraz oczekiwanej jakości krawędzi. Pozwala to uzyskać powtarzalne rezultaty zarówno podczas cięcia cienkich elementów precyzyjnych, jak i grubych blach konstrukcyjnych.
Jakość i dokładność krawędzi po cięciu laserowym są wynikiem współdziałania wielu czynników. Ostateczny efekt zależy od właściwego doboru mocy lasera, prędkości cięcia, położenia ogniska, rodzaju gazu technologicznego, jakości materiału oraz doświadczenia osób odpowiedzialnych za przygotowanie procesu. Odpowiednio prowadzony proces pozwala ograniczyć strefę wpływu ciepła, zachować wysoką dokładność wymiarową zarówno pojedynczych detali, jak i większych serii produkcyjnych oraz zminimalizować konieczność dalszej obróbki wykończeniowej.
