ファイバーレーザーのカットエッジを完璧に仕上げる

アシストガスを最適化し、最新のノズルテクノロジーを利用することで、ファイバーレーザーブランキングのカットエッジを改善できます。

ファイバー レーザーは、かつて板金製造業界では新しくて馴染みのないテクノロジーでしたが、現在ではブランキング作業に対する実証済みの信頼できるアプローチとみなされています。

ファイバー レーザーを使用してブランキングを実行する利点の 1 つは、窒素アシスト ガスを使用すると、きれいで酸化物のないエッジが得られることです。 酸化がないことで、より優れた接着性と溶接性が達成できるため、粉体塗装や溶接などの下流プロセスが向上します。

アシストガスとノズルテクノロジーを最適化することで、ファイバーレーザーブランキングのカットエッジを改善できます。

窒素純度レベルは、エッジと部品の品質に大きな影響を与えます。 純度レベルから何を期待できるかを理解することは、望ましい部品品質や、粉体塗装の密着性や溶接性などのその他の最終目標を達成するのに役立ちます。 医療機器や食品グレードの機器などの業界で明るい銀色の仕上げが必要な場合は、純度評価が 99.9 パーセントである必要があります (「図1）。

供給する市場が農機具であり、パウダー コートの接着と 1 日あたりの部品数が主な焦点分野である場合、98 パーセントや 99 パーセントなどの低い窒素純度レベルでも必要な結果を達成できます。 事後にエッジの品質や機械のパフォーマンスに失望することを避けるために、窒素発生装置のサイジングを事前に決定する際に、どのレベルが必要かを理解することが重要です。

ファイバーレーザーが初めてのレーザーブランキングマシンであっても、CO2 レーザーマシンから移行した場合でも、アシストガス、特に窒素の消費量が多くなります。 この窒素消費量の増加は、いくつかの要因によって引き起こされます。

ファイバー技術により CO2 レーザー切断機よりもはるかに高いワット数が利用できるようになり、以前は酸素を使用して切断する必要があった材料を加工できるようになりました。 お使いの CO2 レーザーは、窒素アシスト ガスを使用した厚さ 3/16 インチの軟鋼、または 7 ゲージの材料の切断に限定されていた可能性があります。 ファイバーレーザーのより高いワット数容量により、軟鋼の窒素加工範囲を厚さ 3/8 インチまたは 1/2 インチまで拡張できます。

ファイバーレーザーは加工範囲が広いため、窒素ガスの消費量も多くなります。 窒素を使用して厚い材料を切断できると、より高い流量が必要となるため、明らかに窒素消費量が増加します。

たとえば、4 キロワットの CO2 レーザーは、厚さ 3/16 インチまたは 7 ゲージを切断するのに 1,700 標準立方フィート/時 (SCFH) を使用した可能性があります。 軟鋼。 厚さ 3/8 インチの材料を切断すると、ガス消費量が 2 倍の 3,400 SCFH になります。

この窒素需要の増加に対抗するには、ガス混合、ノズル技術、窒素生成システムなどのいくつかの方法があります。 これらはすべて、エッジ品質の向上にも役立ちます。

図1窒素ガスの純度が高いほど、仕上がりは明るくなります。

ガス混合。 混合システムを使用すると、切断プロセスに調整された量の酸素を導入できるため、消費される窒素の量が削減されます。 これにより、実際に多くの材料でも刃先品質が向上し、送り速度が向上します。

窒素供給システムが決まったら、エッジ品質を向上させるためにガスミキサーを追加することを検討します。 追加の機器は安価で設置面積が小さく、ほぼすべてのファイバー レーザーに追加できます。

窒素アシストガスを使用してアルミニウムをレーザー切断しなければならなかったことがあれば、バリやドロスが頻繁に発生するのを目撃したことがあるでしょう。 ガスミキサーをセットアップに追加すると、切断プロセスに少量の酸素を導入してバリを軽減または除去できます。 ガスミキサーは窒素と酸素の両方の供給ラインに接続されており、用途に応じてさまざまな純度レベルを選択できます。

軟鋼を切断する際にガスを混合することにも利点があります。 これは、切り口に少量の酸素を加えることによって、同じ方法で行われます。 これにより、刃先の品質が向上し、送り速度が向上し、窒素消費量が削減されます。

ガス混合アプリケーションは、多くの場合、はるかに低いガス圧力と流量での切断を可能にするいくつかの最新のノズル技術と組み合わせられます。 圧力を下げると、部品あたりのコストも削減できます。

レーザーおよびカッティングヘッド技術。 さまざまなノズル技術が進歩し、窒素の消費量が削減され、エッジの品質も向上しました。 一部のファイバー レーザー マシンでは、ビーム モードの変更と自動コリメーション機能を適用できます (「図2 ）。 ファイバー レーザーには、非常に高出力のスポット密度を備えたビーム モードがあります。 Tem00 モードとして知られるこのモードは、ゲージ材料の高速切断に最適です。

厚いプレートを切断するには、より多くの材料を除去できるように、より大きな切り口が必要です。 このアプリケーションに最適なモードは Tem01 です。 これらのモード変更を自動的に実行できるレーザーを選択すると、切断する材料の全範囲にわたってエッジ品質を向上させることができます。 自動コリメーション機能により被写界深度やビーム径を変更することで、カットエッジの品質をさらに向上させることができます。

窒素発生システム。 これらのシステムは窒素のコストを削減し、ガス供給契約を不要にします。 独自の窒素生成システムを購入することで、資本設備の減価償却を活用し、投資収益率を高めることができます。

では、窒素はどのように生成されるのでしょうか？ これは、空気を窒素、酸素、アルゴン、その他のガスに分離することによって行われます。 私たちが呼吸する空気の 78% が窒素、21% が酸素、0.9% がアルゴンであり、微量の CO2 やその他のガスが含まれていることには驚かれるかもしれません。

生成された窒素を考慮する必要があるのはどのような場合ですか? これは、特に複数のシフトや複数のレーザーを実行している場合、または製品の材料混合で窒素カット条件が必要な場合には、常に良い選択肢です。

図2素材に最適なビームモードを使用することで切断品質が向上します。

一般的に使用される分離システムは、膜、圧力スイング吸着、液体空気の極低温分留 (バルク窒素システム) の 3 種類です。

1. 膜システムは、空気を分離するための機械的プロセスを作成するために使用される中空糸膜で構成されています。 これは、窒素分子と酸素分子の分子サイズの違いによって実現されます。 膜ポリマーは、高速で移動する水蒸気と酸素分子が膜を通って拡散し、生成ガスとして窒素を捕捉できるように設計されています。図3 ）。 これらのシステムは 205 ポンド/平方インチ (PSI) の供給用に設計されており、ゲージ材料に推奨されます。 設置が簡単で設置面積も小さいです。 これらのシステムは、多くの場合、コア レーザー マシンと 1 対 1 ベースで使用されます。

2. 膜システムが生成できるよりも高い供給圧力と流量が必要な場合は、圧力スイング吸着システムをお勧めします。 このタイプのシステムは、複数のマシンや将来の拡張が必要な​​場合にも推奨されます。 圧力スイング吸着システムは、酸素分子を吸着し、必要な窒素アシストガスを供給する方法としてカーボンモレキュラーシーブを使用します。 このシステムは、より高いガス圧力とより高い SCFH 流量を供給できます。 また、より高い窒素純度レベルを生成することもできます。

3. 液体空気の極低温分別蒸留は、空気が液化するまで冷却することによって空気からガスを分離するプロセスです。 これらは、レーザーにアシスト ガスを供給するためによく使用されるバルク タンク システムです。 これらは高純度レベルを実現できますが、エネルギーを大量に消費します。

窒素を社内で生成すると、投資収益率が向上する可能性があります。 ほとんどの場合、ROI は 2 年以内に達成できます。 複数のシフトがあるお店や複数の機械を使用している場合は、返却がさらに早くなります。 ROI に達すると、毎月のバルクガス配送料、機器レンタル料、蒸発損失がなくなるため、長期的な節約が蓄積されます。

ファイバーレーザーなど、新たに大規模な設備投資を評価することは、長くて圧倒的な経験になる可能性があります。 多くの場合、送り速度または出力定格のみが検査されますが、他の側面を考慮すると、真のコスト提案が最もよくわかります。

CO2 レーザー テクノロジーからファイバー レーザー テクノロジーに移行した場合は、おそらくすでにメリットを実感しているでしょう。 おそらく最も顕著なものの 1 つは、光学系の欠如です。これは、光学系の洗浄、調整、交換が過去のものになったことを意味します。

さらに、固体ビーム生成による電力消費の節約により、時間当たりの運用コストが削減されます。

材料の加工範囲が銅、真鍮、チタン、厚めのアルミニウム、ステンレスにまで拡大されたため、顧客ベースを拡大したり、これらの材料をブランク加工するために以前は必要だった代替の切断装置やブランキング装置を廃止したりできます。

これらのコスト上の利点はすべて、窒素ガスの消費量の増加によるコストの上昇を相殺することができます。

図3膜ポリマーにより、高速で移動する水蒸気と酸素分子が膜を通って拡散し、生成ガスとして窒素を捕捉できます。