На основе анализа литературы и корпоративных исследований профессионалов, занимающихся лазерной резкой, и вырезающих большое количество деталей, например, панелей и кузовов автомобилей в реальном производственном процессе, ссылаясь на стандарты оценки предприятий отечественных и зарубежных компаний, занимающихся лазерным оборудованием, а также на мнения некоторых ученых, мы пришли к выводу о том, что трёхмерная оценка качества лазерной резки является наиболее разумной. Конкретные критерии оценки качества лазерной резки будут описаны в этой статье, на примере критериев оценки качества лазерной резки, сформулированных немецкой компанией TRUMPF.
I. Выброс шлака
Висящий шлак, относящийся к особому виду заусенцев, оставшимся ниже обратной поверхности металла после лазерной резки. Большие заусенцы можно наблюдать невооруженным глазом, а маленькие заусенцы необходимо разглядывать с помощью микроскопа. Некоторые заусенцы имеют сильную адгезию и требуют дальнейшей обработки другими инструментами для их удаления, в то время как другие имеют плохую адгезию и могут быть легко удалены без дополнительной обработки.
Различают в основном следующие формы свисающего шлака при резке металла:
1. Бусинчатые заусенцы. Заусенец имеет форму столбика или капли, с блестящей металлической поверхностью, адгезия высокая и требует дальнейшей обработки.
2. Ломающиеся заусенцы. Заусенец представляет собой расплавленный металл, прилипший к режущей поверхности, который легко ломается, имеет плохую адгезию и не требует дальнейшей обработки.
3. Острые заусенцы опасной формы. Края острые, режущие, некоторые формы имеют сильную адгезию, некоторые, наоборот крайне хрупкие наощупь.
II. Ширина реза.
Ширина прохода, оставляемая лазерным лучом, является важным фактором для оценки качества резки, а также влияет на точность резки. Ширина щели лазерной резки относительно мала, обычно 0,1–1 мм.
III. Шероховатость поверхности в месте реза
Оценка шероховатости поверхности реза имеет крайне важное значение для оценки качества резки. В случае если мы режем монеты, качество гурта – это и есть шероховатость реза.
Превосходное качество резки – гладкая поверхность реза, но для каждого вида лазера нормы шероховатости будут отличаться.
Шероховатость поверхности в резах неравномерна, и нет единого стандарта для точки её измерения. В настоящее время в основном измеряют шероховатость на 1/3 расстояния от нижней поверхности металла, как точке с наиболее высокой шероховатостью. Если режем 16 мм сталь, шероховатость стоит замерять на глубине 10-11 мм от верхней поверхности металла, или на высоте 5,33 мм от нижней кромки реза. Мы рекомендуем сравнивать качество реза подрядчика перед размещением заказа, и именно нужной стали, и именно на вашем изделии, т.к. перегревая металл, мы увеличиваем шероховатость реза.
IV. Рифленая поверхность реза
Во время лазерной резки на поверхности реза появляются периодические ряби. Это геометрическая характеристика между точностью обработки и шероховатостью поверхности, и ее внешний вид серьезно влияет на качество лазерной резки.
V. Поврежденный тепловому воздействию слой
Лазерная резки металлов основана на тепловом воздействии на него. Когда энергия лазера расплавляет материал в месте реза, она также передается на материал рядом с резом, поэтому на краю реза остается слой, подверженный тепловому воздействию. Термически обработанный слой не расплавляется, однако он также получает тепло лазера, и ширина/глубина термически затронутого слоя обычно используется для оценки качества лазерной резки.
VI. Соразмерность контуров и отверстий на лицевой и оборотной стороне металла
Еще один параметр оценки качества лазерной резки имеет свою актуальность при раскрое толстых листов металла. Диаметр точки входа луча всегда меньше точки выхода, соответственно, при лазерной резке существует риск получить детали имеющий номинальный размер по лицевой стороне детали, и ушедшие за рамки допусков детали по оборотным сторонам. В идеале рез должен быть строго перпендикулярен как лицевой поверхности металла, так и оборотной.
Оценка качества лазерной резки TRUMPF
Действующими стандартами для оценки качества лазерной резки (или применимыми к такой оценке) являются: ISO 9013:2002 «Термическая резка. Классификация тепловых резов. Геометрия деталей, спецификация и допуски по качеству», DIN 2310-5-1990 «Резка лазерная металлических материалов. Принцип метода, качество резки, допуски на размеры» (Thermal cutting; laser cutting of metallic materials; principles of process, quality and dimensional tolerances), DIN EN ISO 9013-1995 «Сварка и смежные процессы. Классификация по качеству и допуски на размеры поверхностей реза, полученных термическим способом (с применением кислородного/газового пламени)», DIN 2310-4-1987 «Резка дуговой плазмой. Принципы, термины и определения, качество, допуски на размеры». В этих стандартах даны термины и определения для оценки качества лазерной резки, а также описаны критерии, классы качества и допуски на размеры для оценки качества поверхности реза. Данный подход применим и для лазерной резки при толщине листа 0,5 - 40 мм.
Немецкая компания TRUMPF также разработала стандарт оценки качества лазерной резки, который не совсем совпадает с DIN EN ISO 9013. Предложенные немцами элементы оценки включают:
1. заусенцы (в виде шлака или капель металла);2. продольная ширина реза;
3. перегрев деталей;
4. отклонения от линии реза;
5. стандарты шероховатости реза;
6. перпендикулярность реза и допуски на наклон.
В данном материале рассмотрим основные методы измерения и определения критериев для оценки лазерной резки металла.
1. Заусенец.
Тип А. Заусенцы с сильным сцеплением с материалом, которые нельзя удалить без дополнительной обработки;
Тип Б. Налипший шлак, который можно легко удалить без дальнейшей обработки.
Характер заусенцев. Выполняется визуальная оценка заусенца и его текстовое описание. В том числе тип заусенца, описание, количество и условия резки т.д. Размер заусенцев зависит от расположения фокусной точки луча.
2. Продольная ширина реза
При лазерной резке создается пропил, обычно более узкий внизу, чем вверху. Ширина пропила также называется шириной пропила в мм.
Измерение пропила, измерение заготовки. При корректных настройках лазерной резки размер получаемых деталей должен учитывать ширину реза. А размеры внешних контуров деталей и внутренних контуров деталей должны быть в допусках на согласованных чертежах. Важно обратить внимание, что подходы заготовительных производств могут отличаться, поэтому важно согласовывать допуски по чертежам на все размеры деталей.
3. Перегрев деталей и потери за контурами реза
Перегрев металла и абляции материала с неравномерной шириной, глубиной и формой, что приводит к неравномерному повреждению поверхности разреза. При определении качества резки визуально оцените повреждения и опишите их словами. В большинстве случаев, на перегрев не обращают внимания, если только нет абляции.
4. Отклонения от линии реза
При лазерной резке край заготовки расплавляется энергией лазера и выдувается рабочим газом. При низкоскоростной резке канавка почти параллельна лазерному лучу. По мере увеличения скорости резания передние канавки отклоняются от направления резания. Гистерезис передней линии n относится к поступательному расстоянию передней линии на верхней и нижней сторонах в направлении резания. Гистерезис фронта резания оценивается визуально. При необходимости используется увеличительное стекло или стереомикроскоп для просмотра фотографий или вырезания образцов. В качестве вспомогательных ориентиров, используются вспомогательные линии.
5. Стандарты шероховатости реза
Шероховатость – как совокупность неровностей на поверхности реза. Стандартная шероховатость Rz относится к шероховатости 5 последовательных репрезентативных точек, измеренных индивидуально (заусенцы высокие градусов) и сведенные к средним арифметическим значениям.
Стандартная шероховатость Rz показывает среднюю высоту профиля шероховатости: высчитывается среднее значение из пяти значений RZi и пяти базовых длин Iri в пределах длины оценки In.
Выбор точки шероховатости зависит от толщины и типа листа. Точка измерения отличается от стандартной, и это положение может представлять наибольшую шероховатость при визуальном измерении. Стандартный метод заключается в том, чтобы взять верхнюю 1/3 разреза в качестве точки измерения.
Для низкоуглеродистой стали при толщине материала более 8 мм максимальная шероховатость распространяется снизу вверх листа, в то время как для нержавеющей стали и алюминия все наоборот.
6. Перпендикулярность реза и допуски на наклон.
Определение допусков перпендикулярности и наклона
Допуск вертикальности и наклона U относится к расстоянию между двумя параллельными прямыми линиями, расположенными на теоретической вертикальной плоскости, когда профиль режущей поверхности разрезается вертикально. Прямоугольность и наклон включают смещения для прямолинейности и плоскостности.
Вертикальность измеряется при резке по вертикали, а наклон измеряется при резке на скос, и единицей измерения является мин.
