Découpe laser des métaux : principes et facteurs d’influence

Le résultat du traitement par découpe laser est influencé par divers paramètres, dont certains dépendent des performances techniques du laser lui-même, et d'autres sont des paramètres variables ajustables.

Cet article se concentre sur le partage des éléments de processus liés au faisceau et à la focalisation en découpe laser, l'analyse de leur impact principal sur l'effet de coupe et l'optimisation du processus. procédé de découpe laser et améliorer l'efficacité et la qualité du traitement.

Principe de découpe laser

La découpe laser est une technologie d'usinage de précision qui concentre un faisceau laser de haute puissance sur la surface de pièce métallique découpée au laser, fait fondre ou brûle le matériau de la pièce, élimine les scories avec du gaz de coupe et forme une saignée par le mouvement de la tête de coupe sur la surface de la pièce, réalisant finalement la séparation de la pièce.

Puissance et mode de sortie du laser

Puissance de sortie du laser

La puissance du laser est le paramètre essentiel qui détermine les performances d'une machine de découpe laser ; elle influe directement sur l'efficacité de la découpe, la qualité de la largeur de coupe et la zone de traitement. En règle générale, plus la pièce à usiner est épaisse, plus la puissance du laser requise est élevée.

Dans le cas de la découpe de plaques de même matériau et de même épaisseur, plus la puissance de sortie du laser est élevée, plus la vitesse de découpe est rapide, plus la surface de coupe est lisse et plus l'efficacité du traitement est grande.

Il convient toutefois de noter que, lorsque la puissance de sortie du laser est déterminée, la vitesse de coupe doit être adaptée avec précision au matériau et à l'épaisseur de la plaque pour obtenir un résultat optimal : une vitesse de coupe trop rapide entraînera une largeur de coupe irrégulière et une coupe incomplète, tandis qu'une vitesse trop lente provoquera une fusion excessive des matériaux et un élargissement de la largeur de coupe, affectant ainsi la précision du traitement.

Mode de sortie laser

La distribution de la qualité du faisceau laser se divise principalement en deux catégories : monomode et multimode. La principale différence réside dans la distribution de la densité d'énergie du faisceau : un laser monomode ne présente qu'un seul point de concentration d'énergie, tandis qu'un laser multimode en présente deux ou plus.

En découpe laser, la qualité du point focalisé détermine directement la précision de coupe et l'aspect de la face d'usinage. Le diamètre du cœur d'un laser monomode est relativement faible, et la qualité de son faisceau est supérieure à celle d'un laser multimode.

La distribution d'énergie est gaussienne, avec la densité d'énergie la plus élevée au centre, et la forme tridimensionnelle est semblable à un pic montagneux arrondi et acéré ; le diamètre du cœur du laser multimode est relativement épais, la qualité du faisceau est légèrement inférieure à celle du laser monomode, la distribution d'énergie est plus uniforme, la forme tridimensionnelle est semblable à une coupe inversée, et la pente du bord est beaucoup plus élevée que celle du laser monomode.

Il n'y a pas de distinction fondamentale entre les modes monomode et multimode ; ils sont simplement adaptés à des applications différentes : le mode monomode est plus adapté à la découpe de précision de tôles fines, tandis que le mode multimode est plus adapté à la découpe efficace de tôles épaisses. Ces deux modes constituent les configurations de base des lasers à fibre. De même qu'une voiture est adaptée à la route et un véhicule tout-terrain à la montagne, le choix entre les modes monomode et multimode dépend des besoins spécifiques du client final (épaisseur de la tôle, exigences de précision, etc.).

Découpe laser Taille de la zone de netteté, profondeur de champ et position de la zone de netteté

Taille et profondeur de champ

Au cours du processus de pièces métalliques découpées au laserLa position, la taille et la profondeur de champ sont des éléments clés du processus qui influent sur la qualité de la coupe et l'efficacité du traitement. Il est nécessaire d'adapter les paramètres aux pièces de matériaux et d'épaisseurs différents.

Après focalisation du faisceau par une lentille à courte focale, le diamètre du spot est réduit, la profondeur de champ est faible et la densité de puissance au foyer est extrêmement élevée, ce qui convient à la découpe à grande vitesse de matériaux minces, améliorant ainsi la précision de coupe et réduisant les défauts de largeur de coupe. Après focalisation par une lentille à longue focale, la profondeur de champ est importante et le diamètre du spot est relativement grand. Pourvu que la densité de puissance soit suffisante, cette technique peut être adaptée à la découpe de tôles épaisses, en optimisant l'efficacité de coupe et la qualité de la largeur de coupe.

Influence de la position du foyer de découpe laser sur la finition de la surface de coupe

Le réglage judicieux de la position de mise au point est essentiel pour garantir la qualité de découpe des plaques d'épaisseurs différentes :

Lors de la découpe de plaques minces, l'attention se porte généralement sur la surface de la pièce, ce qui permet une découpe de précision à grande vitesse et réduit le gaspillage de matériaux ;

Lors de la découpe de plaques épaisses en acier inoxydable, la mise au point doit pénétrer profondément dans la plaque, à une profondeur d'environ 1/3 à 1/4 de l'épaisseur de la plaque, dans la plage de défocalisation négative, ce qui peut garantir la pénétration de la coupe et éviter une saignée irrégulière ;

Lors de la découpe de plaques épaisses en acier au carbone, la mise au point doit être réglée au-dessus de la surface de la pièce, et à mesure que l'épaisseur de la plaque augmente, la mise au point doit être plus éloignée de la surface de la plaque, dans la plage de défocalisation positive, ce qui peut réduire les résidus de scories et améliorer la régularité de la face d'extrémité de coupe.

Résumé

La puissance et le mode de sortie du laser déterminent l'efficacité de découpe et la plage d'épaisseurs applicable, tandis que la taille, la profondeur et la position du foyer influencent directement la qualité de la coupe, l'état de surface et la précision dimensionnelle. En adaptant scientifiquement la puissance, la vitesse et la mise au point aux différents matériaux et épaisseurs, la technologie LVMA permet d'obtenir une précision de découpe accrue, une stabilité améliorée et une efficacité de traitement globale optimisée.