Qui ho condiviso suggerimenti pratici per il taglio laser dell'acciaio dolce che possono migliorare il processo di lavorazione e superare le sfide affrontate in precedenza dai macchinisti. Iniziamo.
Quali sono i diversi tipi di acciaio dolce?
L'acciaio dolce è semplicemente un tipo di acciaio al carbonio con il contenuto di carbonio più basso. Tipicamente, ha 0.04 – 3 percento in peso di contenuto di carbonio che gli conferisce proprietà uniche. Secondo l'American Iron and Steel Institute (AISI), altri elementi come cromo, cobalto, manganese, rame, silicio, ecc., possono essere aggiunti per ottenere proprietà adeguate dell'acciaio dolce.
L'acciaio dolce è a basso costo, grazie alle moderne tecniche di produzione, e troverai il suo utilizzo in quasi tutti industrie meccaniche in genere. Inoltre, ci sono molti gradi o tipi di acciaio dolce. Alcuni sono presentati in questa tabella.
| Grado di acciaio dolce (AISI) | Composizione (% in peso) | si utilizza |
| 1010 | 0.1 C, 0.45 milioni | Parti di automobili. |
| 1020 | 0.2 C, 0.45 milioni | Lamiera, Tubi. |
| A36 | 0.29 C, 1.00 Mn, 0.2 Cu | Architettura, Ponti, Navi |
| A516 | 0.31 C, 1.00 Mn, 0.25 Si | Pressure Vessel |
| A440 | 0.28 C, 1.35 milioni | Coltello, lame |
| A633 | 0.22 C, 1.35 milioni | Caldaia, industria chimica |
| S275 | 0.17 C, 1.02 Mn, 0.21 Si | Ponti, Edifici |
| S355 | 0.16 C, 1.3 Mn, 0.2 Si, 0.04 Cu | Edilizia, n industria offshore |
Vantaggi del taglio laser dell'acciaio dolce
La tecnologia di taglio laser ha migliorato i collettori di processo di lavorazione dell'acciaio dolce. Ecco alcuni vantaggi chiave.
Velocità e Flessibilità
Fibra e Macchine laser CO2 fornire una velocità senza pari. Queste macchine hanno un sistema a binario e portale veloce, che è controllato da un controllo numerico computerizzato (CNC). Poiché non sono coinvolti strumenti di taglio fisici, il movimento è rapido. Sorprendentemente, le macchine laser sono compatibili con una vasta gamma di metalli. Questa flessibilità consente di lavorare diversi gradi di acciaio con piccoli aggiustamenti.
Alta precisione
I raggi laser, per impostazione predefinita, sono molto precisi. È un raggio di luce amplificato che fonde ed evapora i metalli con precisione. Poiché si tratta di taglio termico, non dovrai preoccuparti della formazione di trucioli e dei bordi ruvidi.
La lavorazione laser è così precisa che può raggiungere una tolleranza da +-0.003 mm a 0.006 mm. In confronto, la precisione dei metodi tradizionali è compresa tra +-0.015 mm e 3 mm.
Lavori complessi
L'elevata precisione consente agli operatori di eseguire lavori complessi e intricati utilizzando acciaio dolce. Questo porta una migliore precisione al processo di lavorazione controllando i costi. Il taglio laser del metallo aiuta a realizzare prototipi e parti di prova molto più velocemente rispetto alle frese tradizionali.
In passato, le geometrie complesse richiedevano una maggiore regolazione dell'utensile e un livello di abilità dell'operatore più elevato. Ma tutto è cambiato con la tecnologia laser che può essere facilmente regolata con la semplice pressione di un pulsante.
Meno consumo di energia
Le macchine laser consumano meno energia rispetto alle frese tradizionali. Parte di ciò è dovuto alla mancanza di parti mobili nei macchinari. Di conseguenza, le perdite per attrito, calore e vibrazioni sono prossime allo zero. La formazione di trucioli e gli scarti si riducono notevolmente anche quando l'acciaio dolce viene tagliato con il laser. Quindi, vengono utilizzate meno risorse per pulire e riciclare il materiale di scarto. Nel complesso, il processo di taglio laser è ecologico e sostenibile.
Automazione
L'automazione è dove il taglio laser brilla davvero. Sono dotati di un sistema di controllo basato su software. Di conseguenza, queste macchine possono funzionare automaticamente con una supervisione minima.
Esistono diversi tipi di automazione nella tecnologia laser. Il primo è taglio bidimensionale con sistema gantry. È veloce ed efficace. Le lamiere in acciaio dolce vengono alimentate automaticamente e il movimento della taglierina laser è controllato.
In secondo luogo è l'uso di Bracci robotici. Questi bracci possono saldare o tagliare nello spazio tridimensionale.
Controllo dei danni
Gli esperti affermano che il taglio laser provoca il minor danno al materiale rispetto a tutti i processi di taglio termico. Perché anche se la temperatura del raggio laser sale a diverse migliaia di gradi, il punto di contatto è ancora stretto. Inoltre, questo non provoca avvolgimento e distorsione nel materiale.
I tagli sono anche di alta qualità, il che riduce i danni e consente di risparmiare molti guadagni nella produzione su larga scala di acciaio dolce.
Poiché l'utensile da taglio non presenta segni di usura, il danno complessivo è ridotto al minimo, riducendo i costi operativi.
Perché il processo di taglio laser dell'acciaio dolce è impegnativo?
L'acciaio dolce è eccellente per vari processi di lavorazione ed è ampiamente utilizzato nella vita quotidiana. Ha applicazioni in quasi tutti i settori manifatturieri. Ma alcune sfide arrivano con le sue proprietà materiali superiori.
Duttilità materiale
L'acciaio dolce ha il contenuto di carbonio più basso di qualsiasi altro tipo di acciaio. Rende il materiale estremamente duttile, ancor più della gomma. Anche l'acciaio a basso tenore di carbonio lo è meno fragile, che previene le fratture.
Tuttavia, questo ha un effetto collaterale. Porta alla formazione di trucioli lunghi nel processo di taglio tradizionale. Non tanto nel taglio laser, però, poiché il laser fa evaporare il metallo. Tuttavia, il lungo truciolo può interrompere il processo di lavorazione. Per controllare questa velocità di avanzamento, la profondità di taglio, la velocità di taglio e altri parametri vengono regolati nuovamente.
Costruzione dei bordi
Allo stesso modo, i bordi si accumulano durante il processo di lavorazione a causa dell'elevata duttilità. Può facilmente danneggiare lo strumento. L'accumulo di bordi si traduce anche in una scarsa qualità del taglio.
Potrebbe essere necessario aumentare la frequenza della manutenzione, il che comporterà un'interruzione non necessaria del processo.
L'edge build è anche un ostacolo nel processo di automazione. La regolazione dell'inserto, della punta dell'utensile e della velocità di avanzamento risolverebbe il problema nei processi tradizionali. Fortunatamente, con taglio termico, questo effetto è ridotto. Quindi, il taglio laser è meno incline a questo.
Alta temperatura e vibrazioni
Il taglio laser è un processo termico che può creare temperature elevate sul bordo tagliato. Inoltre, il taglio laser dell'acciaio dolce con l'ossigeno tende a bruciare eccessivamente i bordi. Per contrastarlo, l'operatore deve selezionare attentamente la potenza del laser e assistere la pressione del gas.
L'acciaio ha una resistenza maggiore rispetto ad altri metalli, il che significa che è più soggetto a vibrazioni durante il processo di lavorazione. Nella fresatura tradizionale e nel taglio di listelli, queste vibrazioni influiscono sulla qualità del lavoro.
Tuttavia, nel taglio laser in fibra, queste vibrazioni sono dovute al gioco intrinseco della testa laser e di altri componenti. Macchine laser di scarsa qualità possono causare un motivo a dente di sega nel taglio del bordo.
Suggerimenti per ottenere i migliori risultati durante il taglio laser di parti in acciaio dolce
1. Criteri di progettazione
Ogni progetto deve avere una solida base progettuale. Macchine laser a fibra utilizzare le istruzioni di progettazione in formato file .dwg o .dxf. Istruzioni chiare in fase di progettazione possono portare a operazioni più veloci e ridurre il rischio di danni al materiale.
Poiché le macchine laser seguono vettori 2D, assicurati che le linee non siano disgiunte. Chiudete tutti i bordi. Assicurarsi che la larghezza della tacca sia almeno 1 mm dello spessore e lontana dall'angolo della piastra metallica. In questo modo, l'integrità della piastra metallica rimane intatta.
I filetti sono incoraggiati invece dei bordi taglienti in quanto riduce la concentrazione dello stress. In genere, il raggio del raccordo dovrebbe essere la metà dello spessore.
Supponiamo di avere più caratteristiche interne ed esterne da tagliare in un'unica piastra di acciaio dolce. Distanziarli correttamente in posizione in modo che la qualità rimanga intatta. Se due elementi sono troppo vicini l'uno all'altro, il laser potrebbe bruciare il bordo tra due elementi.
2. Pulizia della superficie
Come sappiamo, l'acciaio dolce ha gradi diversi, il che significa che le loro proprietà differiscono. Alcuni gradi sono meno resistenti alla corrosione di altri. Di conseguenza, ruggine e incrostazioni possono accumularsi sulla superficie del metallo. Anche lo strato più piccolo può influire negativamente sulla qualità del taglio. Assicurarsi di pulire correttamente la piastra in acciaio dolce prima del processo.
3. Selezione della potenza del laser
La potenza del laser è il parametro più importante nel taglio laser. Le tipiche uscite di potenza delle macchine laser sono 1.5 KW, 2 KW, 3 KW e 6 KW.
La potenza del laser determina lo spessore massimo della lamiera di acciaio dolce che puoi tagliare. L'approccio migliore è esaminare le linee guida fornite dal produttore della macchina. In questo modo eviterai danni inutili.
I laser a fibra richiedono meno potenza dei laser CO2 per tagliare la stessa profondità considerando che tutti gli altri parametri rimangono gli stessi. Questo perché i laser a fibra hanno un tasso di assorbimento più elevato.
4. Ispezione dei danni
Se la tua macchina è in funzione ininterrottamente per alcuni giorni, si consiglia di ispezionare eventuali danni precedenti al componente della macchina laser prima di iniziare un altro lavoro. La lente laser, l'ugello, la torcia, il flusso di gas, ecc., sono principalmente soggetti a danni. A volte i detriti rimangono bloccati nel laser e possono influire sulle prestazioni di taglio.
5. Regolare l'impostazione di taglio
Le impostazioni di taglio dell'acciaio dolce includono la potenza in uscita, la velocità di taglio, l'impostazione di sfondamento, la selezione del gas, la pressione, ecc. Regolarle in base alle linee guida del produttore per il tipo specifico di acciaio dolce.
Il piercing è il primo e più importante passo, in quanto darà il tono giusto per il resto del taglio.
Assicurati di te utilizzare solo le impostazioni di alimentazione consigliate perché una maggiore intensità può lasciare segni di bruciatura sul materiale. È noto attraverso l'osservazione che da 1 mm a 4 mm, un laser con ossigeno può creare un buon sfondamento. Ma per acciaio dolce più spesso come 8 mm, l'aria compressa è molto più adatta per perforare l'acciaio dolce.
La perforazione viene eseguita sulla linea di taglio se il diametro del foro corrisponde alla larghezza della linea. Altrimenti, è fatto sul lato interno della linea di taglio.
6. Giusta selezione del gas
È necessario considerare la selezione del gas di assistenza, la pressione e la portata. Per l'acciaio dolce, l'ossigeno è più compatibile. Tuttavia, in alcuni casi vengono utilizzati anche azoto e aria compressa.
L'acciaio dolce richiede impostazioni di potenza e pressione del gas inferiori per lo stesso spessore rispetto ad altri tipi di acciaio. Sorprendentemente, anche la velocità di taglio è maggiore per l'acciaio dolce. Assicurarsi di tenerlo presente durante la selezione dei parametri del gas.
L'ossigeno produce un foro più ampio rispetto all'azoto. Inoltre, la ricerca mostra che l'azoto può essere utilizzato invece per il piercing, e successivamente il taglio può essere continuato utilizzando l'ossigeno. Con questa combinazione, è possibile eseguire la foratura sulla linea di taglio, riducendo lo spreco di materiale.
Un'altra ricerca mostra le condizioni ottimali per il taglio laser ad ossigeno di acciaio dolce per diversi spessori.
| Spessore (mm) | Larghezza media (mm) | Potenza (W) | Velocità di taglio (mm/s) | O2 pressione (bar) |
| 1 | 0.3 | 67 | 9.5 | 1 |
| 1.5 | 0.35 | 97 | 9.5 | 1 |
| 2 | 0.3 | 123 | 7.1 | 2 |
Se vuoi saperne di più sui gas di assistenza e sulla loro selezione, leggi l'articolo "Quale gas è il migliore per il taglio laser? - Una guida facile da seguire."
7. Calibrazione dell'ugello
Un raggio laser scorre attraverso un ugello di rame in una macchina laser standard. Tuttavia, se l'ugello non è allineato correttamente, il laser subirà un'ostruzione. Questo è noto come ritaglio del raggio. Perciò, allineare sempre il raggio laser per ridurre al minimo le perdite nel taglio dell'acciaio dolce.
Un altro fattore è la posizione focale del raggio laser. Per l'acciaio dolce, devi concentrarti sulla superficie del materiale. L'altezza dell'ugello laser varia in base allo spessore e al tipo di materiale. Idealmente, l'ugello dovrebbe trovarsi a una distanza di 0.2 mm – 0.5 mm dalla superficie del materiale.
8. Velocità di taglio
La velocità di taglio è un parametro cruciale nel controllo della qualità del processo. Il problema più comune con l'acciaio dolce è l'effetto striato sul bordo del taglio, che è principalmente correlato alla velocità di taglio.
Le striature sono le linee parallele e le scanalature che si formano durante il taglio. Aumenta la rugosità della superficie e influisce negativamente sulla finitura del taglio. Successivamente, potrebbe rappresentare un problema anche nella saldatura.
Le ricerche mostrano una velocità di taglio critica alla quale l'effetto di striatura è minimo durante il taglio laser ad ossigeno dell'acciaio dolce.
Inizia aumentando gradualmente la velocità di taglio fino a raggiungere una velocità ottimale senza striature. Quindi, mantieni questa velocità per il resto del lavoro. Inoltre, la macchina dovrebbe avere un'uscita di almeno 1KW o superiore.
9. Riduzione al minimo della zona interessata dal calore (ZTA)
La dissipazione del calore non uniforme può causare difetti nel materiale durante taglio laser in fibra. È particolarmente vero per l'acciaio dolce. Queste zone hanno origine dove il calore non fonde il materiale ma è abbastanza caldo da modificare la microstruttura.
Può porre tutti i tipi di problemi, come una ridotta resistenza alla fatica, fratture precoci e distorsioni. La giusta selezione del gas di assistenza riduce anche la ZTA poiché raffredda la superficie.
I due fattori più significativi che influenzano la ZTA sono potenza e velocità di taglio.
La regola empirica è che HAZ può essere ridotta al minimo aumentando la velocità di taglio del laser e diminuendo la potenza del laser. Tuttavia, non è così semplice. Una maggiore velocità di taglio può anche creare una maggiore rugosità superficiale. Quindi devi bilanciare la velocità critica.
10. Creare una parte di prova
Inchiodare l'impostazione del taglio laser in fibra al primo tentativo è difficile. Certo, puoi raggiungere un livello base di successo, ma devi creare parti di prova per una qualità superiore. Questi sono i prototipi del lavoro vero e proprio. Se devi completare un ordine di centinaia di pezzi, prima fai alcune parti di prova per ottenere i parametri laser ideali.
11. Esaminare la parte tagliata
Il modello su un bordo tagliato può dire molto sulla carenza nelle impostazioni della macchina laser. Idealmente, un perfetto equilibrio tra potenza, velocità e flusso di gas è la chiave per un taglio liscio. Quindi inizia con un taglio di prova ed esaminalo visivamente.
Seguire le impostazioni consigliate dal produttore. Ottimizza le impostazioni di taglio aumentando o diminuendo la velocità di avanzamento, la pressione del gas e la potenza in piccoli incrementi. Ecco alcuni dei difetti a cui prestare attenzione.
| Tagliare i difetti | Possibili ragioni |
| Zona più colpita dal calore. | Il potere è troppo. |
| Kerf stretto con ossidazione sul fondo. Bava eccessiva sul bordo di taglio inferiore | Punto focale basso, alta velocità di taglio, bassa pressione del gas (ossigeno), ugello piccolo. |
| Kerf più largo, effetto striato, rugosità maggiore, bordi bruciati. | Punto focale più alto, pressione del gas più alta (ossigeno), velocità di taglio lenta, ugello difettoso. |
Riflessioni conclusive
I suddetti suggerimenti utili sono destinati ad aumentare la produttività e l'efficienza. L'acciaio a basso tenore di carbonio o l'acciaio dolce è il materiale di lavorazione più comune che incontrerai. Conoscere le giuste strategie può migliorare drasticamente la qualità e il tasso di produzione. Questo ti aiuterà a generare maggiori profitti e successo. Questi suggerimenti si applicano allo stesso modo alle macchine laser a fibra e CO2.
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