1. Úvod
Laserové řezací stroje hrají klíčovou roli v moderním průmyslovém zpracování. Díky jejich výhodám vysoké přesnosti a vysoké rychlosti jsou široce používány v mnoha oblastech, jako je zpracování kovů a výroba elektroniky. Čočky jako klíčová součást v systému optické dráhy laserových řezacích strojů hrají rozhodující roli při přenosu a zaostřování laserových paprsků. Během procesu řezání nevyhnutelně vznikají struska a otřepy a jejich dopad na čočky nelze podceňovat, což přímo ovlivňuje kvalitu řezání, stabilitu zařízení a výrobní náklady laserového řezacího stroje. Důkladné pochopení mechanismu, kterým struska a otřepy působí na čočky, má velký význam pro optimalizaci procesu řezání laserem, prodloužení životnosti čoček a zlepšení efektivity výroby.
2. Generační mechanismus strusky a otřepů
2.1 Generování strusky
Když laserový paprsek působí na povrch řezaného materiálu, materiál absorbuje laserovou energii a rychle se zahřeje na bod tání nebo dokonce na bod varu, čímž se část materiálu roztaví a odpaří. Působením pomocného plynu je roztavený a odpařený materiál odfouknut z oblasti řezání, ale část tekutého kovu nemůže být zcela odfouknuta a po ochlazení tuhne kolem řezného švu a tvoří strusku. Různé materiály, jako je uhlíková ocel, nerezová ocel a slitiny hliníku, produkují různá množství a formy strusky v důsledku rozdílů v jejich bodech tání, bodech varu a termofyzikálních vlastnostech. Například při řezání uhlíkové oceli je struska obvykle viskóznější a má tendenci ulpívat na řezné ploše a okolních součástech; zatímco struska hliníkových slitin je relativně sypká, ale má silnou tekutost
2.2 Tvorba otřepů
Vznik otřepů souvisí s různými faktory během procesu řezání. Na jedné straně, když je rychlost řezání příliš vysoká nebo energie laseru je nedostatečná, materiál nemůže být zcela roztaven a odpařen, což má za následek, že část materiálu je vytlačena v pevném stavu na řezné hraně a tvoří se otřepy. Na druhou stranu, pokud jsou tlak a průtok pomocného plynu nevhodné, nemohou účinně odfouknout strusku z oblasti řezu a struska během ochlazování tuhne na řezné hraně a tvoří otřepy. Kromě toho kvalita a stav povrchu řezného materiálu také ovlivňují tvorbu otřepů. Pokud jsou v materiálu nečistoty nebo je povrch nerovný, je pravděpodobnější, že se při řezání vytvoří otřepy.
3. Fyzický dopad strusky a otřepů na čočky
3.1 Adheze a akumulace
Během procesu řezání laserem se struska a otřepy rozstřikují proudem pomocného plynu a některé z nich přímo narazí na povrch čočky a přilnou k ní. Jak se doba řezání prodlužuje, tato přilnutá struska a otřepy se postupně hromadí. Zejména při řezání tlustých plechů nebo materiálů s vysokým -bodem tavení- je množství vytvořené strusky a otřepů velké a jev hromadění je zjevnější. Struska a otřepy nahromaděné na povrchu čočky změní optické vlastnosti čočky, způsobí změny v odrazu a lomu laseru na povrchu čočky a ovlivní kvalitu přenosu laseru.
3.2 Poškrábání a oděr
Vysokorychlostní-stříkající struska a otřepy mají určité množství kinetické energie. Při dopadu na povrch čočky mohou čočku poškrábat. I malé škrábance se při opakovaném laserovém ozařování postupně rozšiřují a prohlubují, čímž se zvyšuje drsnost povrchu čočky. Oděr na povrchu čočky nejen snižuje její propustnost světla, ale může také způsobit rozptyl laseru, což způsobuje nerovnoměrné rozložení energie laseru, což má vliv na přesnost a kvalitu řezání. Dlouhodobé-poškrábání a otěr zkrátí životnost čočky a zvýší náklady na údržbu zařízení.
4. Vliv strusky a otřepů na optické vlastnosti čoček
4.1 Snížení propustnosti světla
Struska a otřepy ulpívající na povrchu čočky jsou ekvivalentní pokrytí vrstvou nečistot na čočce. Tyto nečistoty budou absorbovat a rozptylovat laserovou energii, což povede ke snížení propustnosti světla čočkou. Snížení propustnosti světla znamená, že na povrch řezaného materiálu se dostane méně laserové energie, čímž se ovlivní efekt řezání. Například při řezání tenkých desek, pokud se světelná propustnost čočky sníží, může to vést k neúplnému řezání; při řezání tlustých plechů zpomalí řeznou rychlost a sníží efektivitu výroby. Navíc nerovnoměrné snížení propustnosti světla způsobí také nerovnoměrné rozložení laserové energie na povrchu materiálu, což má za následek nestabilní kvalitu řezu.
4.2 Drift zaostření
Hromadění strusky a otřepů na povrchu čočky, stejně jako poškrábání a otěr, změní tvar povrchu a optické vlastnosti čočky. To může způsobit posun ohniskové polohy laseru, což znemožní přesné zaostření na optimální polohu řezaného materiálu. Posun zaostření rozšíří rozsah distribuce laserové energie na povrchu materiálu, sníží hustotu energie a dále ovlivní hloubku a přesnost řezu. U některých úloh zpracování s extrémně vysokými požadavky na přesnost řezání, jako je řezání elektronických součástek, může posun zaostření vést k sešrotování produktu a způsobit vážné ekonomické ztráty.
5. Řetězové reakce na celkový výkon laserových řezacích strojů
5.1 Zhoršení kvality řezání
V důsledku negativního vlivu strusky a otřepů na fyzikální a optické vlastnosti čoček se přímo snižuje kvalita řezu laserového řezacího stroje. Řezná plocha může být nerovná, mít zvýšenou drsnost a přilnavost strusky s více otřepy, které se obtížně odstraňují. Tyto problémy ovlivňují nejen kvalitu vzhledu produktu, ale mohou také ovlivnit následnou montáž a servisní výkon produktu. V některých odvětvích s přísnými požadavky na kvalitu výrobků, jako je letecký a kosmický průmysl a zdravotnické prostředky, není zhoršení kvality řezu absolutně povoleno, což může vést ke stagnaci celého výrobního procesu a stažení výrobků z trhu.
5.2 Snížení stability zařízení
Změny ve výkonu čoček způsobí, že systém optické dráhy laserového řezacího stroje bude nestabilní. Pro udržení normálních řezných účinků může zařízení automaticky upravovat parametry, jako je výkon laseru a rychlost řezání, ale takové časté nastavování zvýší zatížení různých součástí zařízení, což povede k nestabilnímu provozu zařízení. Při dlouhodobém nestabilním provozu se zvýší poruchovost zařízení, zvýší se počet oprav a bude vážně ovlivněna kontinuita a efektivita výroby. Kromě toho může nestabilní proces řezání také představovat hrozbu pro bezpečnost obsluhy.
6. Preventivní a řešení opatření
6.1 Optimalizace parametrů procesu řezání
Vznik strusky a otřepů lze omezit přiměřeným nastavením parametrů procesu řezání, jako je výkon laseru, rychlost řezání, tlak pomocného plynu a průtok. Například pro materiály různých tlouštěk a materiálů zvolte vhodné přizpůsobení výkonu laseru a řezné rychlosti, abyste zajistili, že materiál bude možné plně roztavit a odpařit, a zároveň může pomocný plyn účinně odfouknout strusku pryč z oblasti řezání. Při řezání uhlíkové oceli může vhodné zvýšení tlaku pomocného plynu snížit adhezi strusky; při řezání tenkých plechů může snížení řezné rychlosti zlepšit kvalitu řezání a snížit tvorbu otřepů.
6.2 Posílení opatření na ochranu objektivu
Instalace vysoce{0}}kvalitních ochranných čoček je účinný způsob, jak zabránit přímému kontaktu strusky a otřepů s čočkami. Ochranné čočky mohou blokovat většinu stříkající strusky a otřepů, čímž snižují jejich fyzické poškození čoček. Zároveň je nutné pravidelně kontrolovat a vyměňovat ochranné čočky a stanovit přiměřený cyklus výměny podle řezného materiálu a tloušťky. Kromě toho lze kolem čoček nainstalovat ochranná zařízení, jako jsou štíty a přepážky, aby se dále snížil dopad strusky a otřepů na čočky.
6.3 Pravidelné čištění a údržba čoček
Pravidelné čištění čoček je klíčem k udržení jejich dobrého výkonu. Pomocí speciálních prostředků a nástrojů na čištění optických čoček opatrně odstraňte nečistoty, jako je struska, otřepy a prach na povrchu čočky v souladu se správnými metodami čištění. Během procesu čištění zabraňte sekundárnímu poškrábání čoček. Současně pravidelně kontrolujte a kalibrujte systém optické dráhy laserového řezacího stroje, abyste zajistili, že instalační poloha čoček je přesná a ohnisková poloha je v optimálním stavu, aby byl zajištěn stabilní provoz a kvalita řezání laserového řezacího stroje.
--Rayther Laser Jack Sun--