Влияние скорости резки, диаметра пятна и мощности излучения на глубину качественного реза

Наиболее существенными факторами, влияющими на размерные характеристики резов, являются энергетические параметры процесса, к которым относятся мощность и плотность мощности. В силу того что тепловложение в материал зависит и от скорости резки, этот параметры также целесообразно рассматривать в совокупности с энергетическими.
С ростом скорости, глубина проплавления увеличивается.

На следующем рисунке показано изменение максимально достижимой глубины качественно выполненного реза в углеродистых сталях от скорости обработки при различных условиях фокусирования. Как видно уменьшение фокального пятна вызывает возрастание глубины качественно выполненного реза. Основной причиной такого роста глубины реза является повышение плотности мощности в зоне обработки.

Зависимость глубины качественно выполненного реза в углеродистых сталях от скорости резки при различных условиях.

Поэтому при резке углеродистых сталей необходимо стремиться к фокусировке излучения в пятно меньшего диаметра с целью повышения плотности мощности в зоне резки. Этому способствует использование установки с малой расходимостью лазерного пучка, работающие в одномодовом режиме, применение короткофокусных, качественных линз и т.д.
С другой стороны, увеличение плотности мощности лазерного излучения за счёт увеличения мощности от 500 до 1000 Вт позволяет также повысить скорость резки.
Наряду с плотностью мощности важным технологическим фактором, во многом определяющим размерные параметры обработки, является скорость резки. Однако варьирование скоростью обработки имеет ограничения. Нижний пределом допустимой скорости резки для углеродистых сталей служит переход процесса в режим автогенной резки, когда количество теплоты, выделяющейся в струе кислорода, достаточно для поддержания самопроизвольного процесса резки. Для нержавеющих сталей, титановых и алюминиевых сплавов нижний предел допустимой скорости резки соответствует резкому ухудшении качества поверхности реза. В условиях резки металлов лучом лазера мощностью 1 кВт такие явления особенно характерны при скоростях обработки, лежащих ниже 0,3…0,5 м/мин. Слишком же высоким скоростям резки соответствует резкое снижение толщины разрезаемых деталей, поэтому обычно скорости резки не повышают более 6…8 м/мин.
Значительно зависят от скорости резки ширина реза и протяжённость зоны термического влияния (ЗТВ). Ширина ЗТВ и ширина реза у верхней кромки уменьшаются с ростом скорости резки:

Поверхность реза на углеродистой стали при невысоких скоростях обработки представляет совокупность сравнительно равномерно расположенных борозд. Для скоростей же резки, превышающих некоторый предел, рез получается гладким, без явно выраженных борозд. Бороздообразование на поверхности реза наблюдается при скоростях обработки меньших 2,5 м/мин. Слишком же малым скоростям обработки (меньшим 0,5 м/мин) соответствует режим самопроизвольной (автогенной) резки. Рез при этом получается значительной ширины, определяемой диаметром струи кислорода, а не диаметром сфокусированного лазерного луча. Шероховатость поверхности реза, имеющей также бороздчатую структуру, высока. Ширина реза на углеродистой стали у верхней кромки больше, чем в средней его части. Наличие на поверхности реза зоны III, характеризующейся резким снижение скорости прорезания, обусловливает значительное расширение реза на этом участке, у нижней кромки реза. В углеродистой стали зона I имеет наименьшее значение Rz. Для расположенной за ней зоны II характерно некоторое повышение размеров микронеровностей. При низких скоростях обработки на поверхности реза в пластинах определённой толщины характерно наличие только зоны I и II. С повышение скорости резки на поверхности реза появляется зона III c наивысшей шероховатостью. При необходимости получения качественных резов необходимо ограничивать скорость резки во избежание образования на поверхности зоны III.