1. 特別な装置
プリフォーカスビームサイズの変化による焦点スポットサイズの変化を軽減するために、レーザー切断システムのメーカーはユーザーが選択できるいくつかの特別なデバイスを提供しています。
(1) コリメータ。CO2レーザーの出力端にコリメータを付加して拡大加工する一般的な方法です。拡大後はビーム径が大きくなり、発散角が小さくなるため、切断加工範囲内で近端と遠端の集束前のビームサイズはほぼ同じになります。
(2) 可動レンズの独立した下軸がカッティングヘッドに追加されます。これは、ノズルと材料表面の間の距離を制御する Z 軸を備えた 2 つの独立した部分です。工作機械のワークテーブルが移動したり光軸が移動すると、同時にビームのF軸が近端から遠端まで移動するため、加工後のスポット径は加工領域全体で一定になります。ビームの焦点が合っています。
(3) 集束レンズ (通常は金属反射集束システム) の水圧を制御します。集光前のビーム径が小さくなり、集光スポット径が大きくなった場合、水圧を自動制御して集光曲率を変化させ、集光スポット径を小さくします。
(4) 飛行光路切断機にX、Y方向の補償光路系を追加しました。つまり、切削先端の光路が長くなると補償光路が短くなり、切断先端の光路が長くなると補償光路が短くなる。逆に、切断端付近の光路が短くなると、光路長を一定に保つために補償光路が長くなります。
2. 切断・穿孔技術
どのような種類の熱切断技術でも、プレートの端から開始できるいくつかのケースを除いて、通常はプレートに小さな穴を開ける必要があります。従来のレーザースタンピング複合機では、パンチで穴を開け、その小さな穴からレーザーで切り出していました。スタンピング装置のないレーザー切断機の場合、穴あけには 2 つの基本的な方法があります。
(1) ブラスト穴あけ：連続レーザーを材料に照射した後、中心にピットを形成し、レーザー光と同軸の酸素流により溶融材料を急速に除去して穴を形成します。一般に、穴のサイズはプレートの厚さに関係します。発破穴の平均直径は板厚の半分です。したがって、厚い板の発破孔径は大きくなり、真円ではなくなります。より要求の高い部品（オイルスクリーンシームパイプなど）への使用には適しておらず、廃棄物にのみ使用できます。また、穿孔時の酸素圧と切断時の酸素圧が同じであるため、飛沫が大きくなります。
さらに、パルス穿孔では、ガス種やガス圧力の切り替え、穿孔時間の制御を実現する、より信頼性の高いガス経路制御システムも必要です。パルス穿孔の場合、高品質な切込みを得るためには、ワーク静止時のパルス穿孔からワークの等速連続切断への移行技術が注目されます。通常、加速部の切削条件は焦点距離、ノズル位置、ガス圧力など理論上変更可能ですが、実際には時間が短いため上記条件を変更することは困難です。
3. ノズル設計と風量制御技術
鋼をレーザー切断する場合、酸素と集束レーザービームがノズルを通して切断材料に照射され、気流ビームが形成されます。空気流の基本的な要件は、十分な酸化により切開材料が発熱反応を完全に実行できるように、切開部への空気流が大きく、速度が速いことです。同時に、溶融した材料をスプレーして吹き飛ばすのに十分な勢いがあります。したがって、切断品質に直接影響するビームの品質とその制御に加えて、ノズルの設計と空気流の制御（ノズル圧力、空気流中のワークピースの位置など）も必要となります。 ）も非常に重要な要素です。レーザーカット用のノズルは、円錐形の穴の先に小さな円形の穴がついたシンプルな構造を採用しています。通常、設計には実験と誤差法が使用されます。
ノズルは一般に赤銅製で容積が小さいため、頻繁に交換する脆弱な部品であるため、流体力学的な計算や解析は行っていません。使用時にはノズル側から一定の圧力PN（ゲージ圧PG）のガスが導入され、これをノズル圧力と呼びます。ノズル出口から噴射され、ワーク表面に一定距離到達します。その圧力を切断圧力 PC と呼び、最終的にガスは大気圧 PA まで膨張します。研究では、PN が増加すると流速が増加し、PC も増加することが示されています。
次の式を使用して計算できます。 v = 8.2d2 (PG + 1) V - ガス流量 L / min - ノズル直径 MMPg - ノズル圧力 (ゲージ圧) bar
ガスごとに異なる圧力閾値があります。ノズル圧力がこの値を超えると、ガスの流れは通常の斜め衝撃波となり、ガス流速は亜音速から超音速に移行します。この閾値は、PN と PA の比と気体分子の自由度 (n) に関係します。たとえば、酸素と空気では n = 5 であるため、その閾値 PN = 1bar × (1.2)3.5=1.89bar となります。ノズル圧力が高く、PN / PA = (1 + 1 / N) 1 + n / 2 (PN; 4bar)、エア流量が正常、斜めショックシールが正衝撃になり、切削圧力 PC が低下し、エア流速が低下し、ワーク表面に渦流が発生し、溶融材料を除去する空気流の役割が弱まり、切削速度に影響を与えます。そのため、円錐形の穴と先端に小さな丸い穴を備えたノズルが採用され、酸素のノズル圧力は 3bar 未満であることがよくあります。
投稿日時: 2022 年 2 月 26 日
