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Nell'applicazione di stampi, insegne, accessori hardware, cartelloni pubblicitari, targhe automobilistiche e altri prodotti, i processi di corrosione tradizionali non solo causano inquinamento ambientale, ma anche bassa efficienza. Anche le applicazioni di processo tradizionali come la lavorazione meccanica, la lavorazione di rottami metallici e i refrigeranti possono causare inquinamento ambientale. Sebbene l'efficienza sia stata migliorata, la precisione non è elevata e non è possibile incidere angoli acuti. Rispetto ai tradizionali metodi di intaglio profondo del metallo, l'intaglio profondo laser del metallo presenta i vantaggi di un'assenza di inquinamento, un'elevata precisione e un contenuto di intaglio flessibile, in grado di soddisfare i requisiti di processi di intaglio complessi.

I materiali più comuni per l'intaglio profondo dei metalli includono acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, alluminio, rame, metalli preziosi, ecc. Gli ingegneri conducono ricerche sui parametri di intaglio profondo ad alta efficienza per diversi materiali metallici.

Analisi del caso concreto:
Piattaforma di prova con testa Galvo 3D Carmanhaas con lente (F=163/210) per eseguire test di incisione profonda. Le dimensioni dell'incisione sono 10 mm × 10 mm. Impostare i parametri iniziali di incisione, come mostrato nella Tabella 1. Modificare i parametri di processo come la quantità di sfocatura, la larghezza dell'impulso, la velocità, l'intervallo di riempimento, ecc. Utilizzare il tester di incisione profonda per misurare la profondità e individuare i parametri di processo con il miglior effetto di incisione.

Tabella 1 Parametri iniziali dell'intaglio profondo

Attraverso la tabella dei parametri di processo, possiamo vedere che sono molti i parametri che influiscono sull'effetto finale dell'incisione profonda. Utilizziamo il metodo delle variabili di controllo per determinare l'effetto di ciascun parametro di processo sull'effetto finale, e ora li illustreremo uno per uno.

01 L'effetto della sfocatura sulla profondità dell'intaglio

Per prima cosa, utilizzare la sorgente laser a fibra Raycus, potenza: 100 W, modello: RFL-100M, per incidere i parametri iniziali. Eseguire il test di incisione su diverse superfici metalliche. Ripetere l'incisione 100 volte per 305 secondi. Modificare la sfocatura e testarne l'effetto sull'incisione di diversi materiali.

Figura 1 Confronto dell'effetto della sfocatura sulla profondità di intaglio del materiale

Come mostrato in Figura 1, possiamo ricavare quanto segue sulla profondità massima corrispondente a diversi livelli di sfocatura quando si utilizza RFL-100M per incisioni profonde su diversi materiali metallici. Dai dati sopra riportati, si conclude che l'incisione profonda sulla superficie metallica richiede una certa sfocatura per ottenere il miglior effetto di incisione. La sfocatura per l'incisione di alluminio e ottone è di -3 mm, mentre per l'incisione di acciaio inossidabile e acciaio al carbonio è di -2 mm.

02 L'effetto della larghezza dell'impulso sulla profondità di intaglio 

Attraverso gli esperimenti sopra descritti, si ottiene il livello ottimale di defocus di RFL-100M nell'incisione profonda di diversi materiali. Utilizzando il livello ottimale di defocus, si modifica la larghezza d'impulso e la frequenza corrispondente nei parametri iniziali, mantenendo invariati gli altri parametri.

Ciò è dovuto principalmente al fatto che ogni larghezza d'impulso del laser RFL-100M ha una frequenza fondamentale corrispondente. Quando la frequenza è inferiore alla frequenza fondamentale corrispondente, la potenza di uscita è inferiore alla potenza media, mentre quando la frequenza è superiore alla frequenza fondamentale corrispondente, la potenza di picco diminuisce. Il test di incisione deve utilizzare la massima larghezza d'impulso e la massima capacità di prova, quindi la frequenza di prova è la frequenza fondamentale e i dati di prova pertinenti saranno descritti in dettaglio nel test seguente.

La frequenza fondamentale corrispondente a ciascuna larghezza di impulso è: 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. Eseguire il test di incisione tramite l'impulso e la frequenza sopra indicati, il risultato del test è mostrato nella Figura 2.Figura 2 Confronto dell'effetto della larghezza dell'impulso sulla profondità di incisione

Dal grafico si può osservare che, quando l'RFL-100M esegue un'incisione, al diminuire della larghezza d'impulso, la profondità d'incisione diminuisce di conseguenza. La profondità d'incisione di ciascun materiale è massima a 240 ns. Ciò è dovuto principalmente alla diminuzione dell'energia del singolo impulso dovuta alla riduzione della larghezza d'impulso, che a sua volta riduce il danneggiamento della superficie del materiale metallico, con conseguente riduzione progressiva della profondità d'incisione.

03 Influenza della frequenza sulla profondità di incisione

Attraverso gli esperimenti sopra descritti, si ottengono il livello di defocus e la larghezza d'impulso ottimali per l'RFL-100M durante l'incisione di materiali diversi. Utilizzare il livello di defocus e la larghezza d'impulso ottimali per mantenere invariati i risultati, modificare la frequenza e testare l'effetto di diverse frequenze sulla profondità di incisione. I risultati del test sono mostrati in Figura 3.

Figura 3 Confronto dell'influenza della frequenza sulla profondità di intaglio del materiale

Dal grafico si può osservare che quando il laser RFL-100M incide vari materiali, all'aumentare della frequenza, la profondità di incisione di ciascun materiale diminuisce di conseguenza. Quando la frequenza è di 100 kHz, la profondità di incisione è massima e la profondità massima di incisione dell'alluminio puro è di 2,43 mm, 0,95 mm per l'ottone, 0,55 mm per l'acciaio inossidabile e 0,36 mm per l'acciaio al carbonio. Tra questi, l'alluminio è il materiale più sensibile alle variazioni di frequenza. Quando la frequenza è di 600 kHz, l'incisione profonda non può essere eseguita sulla superficie dell'alluminio. Sebbene ottone, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio siano meno influenzati dalla frequenza, mostrano anche una tendenza alla diminuzione della profondità di incisione con l'aumentare della frequenza.

04 Influenza della velocità sulla profondità di incisione

Figura 4 Confronto dell'effetto della velocità di intaglio sulla profondità di intaglio

Dal grafico si può osservare che all'aumentare della velocità di incisione, la profondità di incisione diminuisce di conseguenza. Quando la velocità di incisione è di 500 mm/s, la profondità di incisione di ciascun materiale è la maggiore. Le profondità di incisione di alluminio, rame, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio sono rispettivamente: 3,4 mm, 3,24 mm, 1,69 mm, 1,31 mm.

05 L'effetto della spaziatura di riempimento sulla profondità di incisione

Figura 5 L'effetto della densità di riempimento sull'efficienza dell'incisione

Dal grafico si può osservare che quando la densità di riempimento è pari a 0,01 mm, le profondità di incisione di alluminio, ottone, acciaio inossidabile e acciaio al carbonio sono tutte massime, e la profondità di incisione diminuisce all'aumentare dello spazio di riempimento; la spaziatura di riempimento aumenta da 0,01 mm. Con un'altezza di 0,1 mm, il tempo necessario per completare 100 incisioni si riduce gradualmente. Quando la distanza di riempimento è superiore a 0,04 mm, l'intervallo di tempo di accorciamento si riduce significativamente.

Insomma

Attraverso i test sopra descritti, possiamo ottenere i parametri di processo consigliati per l'intaglio profondo di diversi materiali metallici utilizzando RFL-100M: