W przypadku form, szyldów, akcesoriów metalowych, billboardów, tablic rejestracyjnych samochodowych i innych produktów, tradycyjne procesy korozyjne nie tylko powodują zanieczyszczenie środowiska, ale również obniżają jego wydajność. Tradycyjne procesy, takie jak obróbka skrawaniem, złom metalowy i chłodziwa, również mogą być przyczyną zanieczyszczenia środowiska. Pomimo poprawy wydajności, dokładność nie jest wysoka, a grawerowanie ostrych kątów nie jest możliwe. W porównaniu z tradycyjnymi metodami głębokiego grawerowania metalu, laserowe głębokie grawerowanie metalu ma zalety w postaci braku zanieczyszczeń, wysokiej precyzji i elastyczności, co pozwala sprostać wymaganiom skomplikowanych procesów grawerowania.
Do materiałów powszechnie stosowanych do głębokiego rzeźbienia w metalu zalicza się stal węglową, stal nierdzewną, aluminium, miedź, metale szlachetne itp. Inżynierowie prowadzą badania parametrów głębokiego rzeźbienia o wysokiej wydajności dla różnych materiałów metalowych.
Analiza rzeczywistego przypadku:
Platforma testowa z głowicą Carmanhaas 3D Galvo z soczewką (F=163/210) umożliwia przeprowadzenie testu głębokiego grawerowania. Rozmiar grawerunku wynosi 10 mm × 10 mm. Ustaw parametry początkowe grawerowania, jak pokazano w tabeli 1. Zmień parametry procesu, takie jak stopień rozogniskowania, szerokość impulsu, prędkość, interwał wypełniania itp. Użyj testera głębokiego grawerowania, aby zmierzyć głębokość grawerowania i znaleźć parametry procesu zapewniające najlepszy efekt grawerowania.
Tabela 1. Parametry początkowe głębokiego rzeźbienia
W tabeli parametrów procesu możemy zauważyć, że istnieje wiele parametrów wpływających na końcowy efekt głębokiego grawerowania. Używamy metody zmiennych sterujących, aby określić wpływ każdego parametru procesu na ten efekt, a teraz przedstawimy je po kolei.
01 Wpływ rozogniskowania na głębokość rzeźbienia
Najpierw użyj źródła lasera światłowodowego Raycus o mocy 100 W, model RFL-100M, aby uzyskać parametry początkowe. Przeprowadź test grawerowania na różnych powierzchniach metalowych. Powtórz grawerowanie 100 razy przez 305 sekund. Zmień rozogniskowanie i przetestuj jego wpływ na efekt grawerowania różnych materiałów.
Rysunek 1 Porównanie wpływu rozogniskowania na głębokość rzeźbienia materiału
Jak pokazano na rysunku 1, możemy uzyskać następujące dane dotyczące maksymalnej głębokości odpowiadającej różnym wartościom rozogniskowania podczas używania RFL-100M do głębokiego grawerowania w różnych materiałach metalowych. Z powyższych danych wynika, że głębokie grawerowanie na powierzchni metalu wymaga pewnego rozogniskowania, aby uzyskać najlepszy efekt grawerowania. Rozogniskowanie dla grawerowania aluminium i mosiądzu wynosi -3 mm, a dla grawerowania stali nierdzewnej i stali węglowej -2 mm.
02 Wpływ szerokości impulsu na głębokość rzeźbienia
Dzięki powyższym eksperymentom uzyskano optymalną wartość rozogniskowania RFL-100M podczas głębokiego grawerowania różnymi materiałami. Należy użyć optymalnej wartości rozogniskowania, zmienić szerokość impulsu i odpowiadającą jej częstotliwość w parametrach początkowych, a pozostałe parametry pozostaną niezmienione.
Wynika to głównie z faktu, że każda szerokość impulsu lasera RFL-100M ma odpowiadającą jej częstotliwość podstawową. Gdy częstotliwość jest niższa od odpowiadającej jej częstotliwości podstawowej, moc wyjściowa jest niższa od mocy średniej, a gdy częstotliwość jest wyższa od odpowiadającej jej częstotliwości podstawowej, moc szczytowa maleje. Test grawerowania wymaga użycia największej szerokości impulsu i maksymalnej pojemności testowej, dlatego częstotliwość testowa jest częstotliwością podstawową, a odpowiednie dane testowe zostaną szczegółowo opisane w poniższym teście.
Częstotliwość podstawowa odpowiadająca każdej szerokości impulsu wynosi: 240 ns, 10 kHz, 160 ns, 105 kHz, 130 ns, 119 kHz, 100 ns, 144 kHz, 58 ns, 179 kHz, 40 ns, 245 kHz, 20 ns, 490 kHz, 10 ns, 999 kHz. Przeprowadź test grawerowania za pomocą powyższego impulsu i częstotliwości, wynik testu pokazano na rysunku 2
Rysunek 2 Porównanie wpływu szerokości impulsu na głębokość grawerowania
Z wykresu wynika, że podczas grawerowania RFL-100M, wraz ze zmniejszaniem się szerokości impulsu, zmniejsza się również głębokość grawerowania. Głębokość grawerowania dla każdego materiału jest największa przy 240 ns. Wynika to głównie ze zmniejszenia energii pojedynczego impulsu, wynikającego ze zmniejszenia szerokości impulsu, co z kolei zmniejsza uszkodzenia powierzchni materiału metalowego, a w rezultacie zmniejsza głębokość grawerowania.
03 Wpływ częstotliwości na głębokość grawerowania
W wyniku powyższych eksperymentów uzyskano najlepszą wartość rozogniskowania i szerokość impulsu dla RFL-100M podczas grawerowania różnymi materiałami. Należy zachować niezmienioną wartość rozogniskowania i szerokość impulsu, zmienić częstotliwość i przetestować wpływ różnych częstotliwości na głębokość grawerowania. Wyniki testów przedstawiono na rysunku 3.
Rysunek 3 Porównanie wpływu częstotliwości na głębokie rzeźbienie materiału
Z wykresu wynika, że gdy laser RFL-100M graweruje różne materiały, wraz ze wzrostem częstotliwości, głębokość grawerowania każdego materiału odpowiednio maleje. Przy częstotliwości 100 kHz głębokość grawerowania jest największa, a maksymalna głębokość grawerowania czystego aluminium wynosi 2,43 mm, mosiądzu 0,95 mm, stali nierdzewnej 0,55 mm i stali węglowej 0,36 mm. Spośród nich aluminium jest najbardziej wrażliwe na zmiany częstotliwości. Przy częstotliwości 600 kHz nie można wykonać głębokiego grawerowania na powierzchni aluminium. Chociaż mosiądz, stal nierdzewna i stal węglowa są mniej podatne na zmiany częstotliwości, to jednak wykazują tendencję do zmniejszania głębokości grawerowania wraz ze wzrostem częstotliwości.
04 Wpływ prędkości na głębokość grawerowania
Rysunek 4 Porównanie wpływu prędkości rzeźbienia na głębokość rzeźbienia
Z wykresu wynika, że wraz ze wzrostem prędkości grawerowania, głębokość grawerowania odpowiednio maleje. Przy prędkości grawerowania 500 mm/s głębokość grawerowania każdego materiału jest największa. Głębokości grawerowania aluminium, miedzi, stali nierdzewnej i stali węglowej wynoszą odpowiednio: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm i 1,31 mm.
05 Wpływ odstępu wypełnienia na głębokość grawerowania
Rysunek 5 Wpływ gęstości wypełnienia na wydajność grawerowania
Z wykresu wynika, że przy gęstości wypełnienia 0,01 mm, głębokość grawerowania aluminium, mosiądzu, stali nierdzewnej i stali węglowej jest maksymalna, a głębokość grawerowania maleje wraz ze wzrostem odstępu wypełnienia; odstęp między wypełnieniami wzrasta od 0,01 mm. W procesie 0,1 mm czas potrzebny do wykonania 100 grawerunków ulega stopniowemu skróceniu. Gdy odstęp wypełnienia jest większy niż 0,04 mm, zakres czasu skracania ulega znacznemu skróceniu.
Podsumowując
Dzięki powyższym testom możemy uzyskać zalecane parametry procesu głębokiego rzeźbienia różnych materiałów metalowych przy użyciu RFL-100M:
Czas publikacji: 11 lipca 2022 r.