レーザー切断品質を左右する重要要因と最適精度への道

レーザー切断機は近年、金属加工業界で急速に発展・応用されています。高速切断、狭い切断幅、幅広い適用性、高精度など多くの利点があります。しかし、生産の発展と新工程の応用により、レーザー切断機への切断品質要求はますます高まっています。これにより、CNCレーザー切断機の品質により高い要求が突きつけられています。

CNCメタルレーザーカッターの切断プロセスは複雑で、影響要因が多数あります。不適切な制御の場合、レーザー切断機の切断品質と精度は大きく影響を受け、不満足な切断品質につながる可能性があります。したがって、切断品質に影響を与える要因を体系的に研究・分析し、より良い結果を得ることが必要です。

この記事では、レーザーメタル切断機の切断品質を評価・影響する基準と要因を列挙します。また、特定の欠陥を改善するためのシンプルで役立ついくつかの解決策も紹介します。

レーザー切断機切断品質の評価基準

粗さ

レーザー切断断面には垂直線が現れます。このような線の深さがレーザー切断面の粗さを決定します。線が浅いほどレーザー切断面は滑らかです。これは、レーザーメタル切断機にとってより良い切断結果を意味します。

バリ

補助ガスが、CNCレーザー切断機で金属を切断した後にスラグを吹き飛ばします。しかし、実際の切断プロセスでは、一部のスラグが冷却後にバリとなり、ワーク底部に付着します。これは多くの要因によるものです。厚板、空気圧不足、送り速度のミスマッチなどが含まれます。過剰なバリは、レーザーメタルCNC機械の切断品質が悪いことを意味します。

垂直度

薄い金属板をメタルレーザー切断機で切断する場合、垂直度は無視できます。しかし、板厚が10mmを超えると非常に重要になります。レーザービームは焦点から離れると発散します。対応して、焦点位置に応じて切断幅が上側または下側に向かって広がります。これにより、切断エッジが垂直線から数百分の1ミリメートルずれます。エッジがより垂直に近いほど、ファイバーレーザー切断機の切断品質は高くなります。

切断幅

一般的に、切断幅はメタルレーザーカッターの切断品質に影響しません。部品内部に特に精密な輪郭を形成する場合のみ重要です。切断幅が輪郭の最小内径を決定するためです。板厚が増すと、板金レーザー切断機の切断幅も増加します。したがって、ファイバーレーザーカッターの加工領域でワークが安定していることを確認する必要があります。安定した高精度切断を確保するために、

ライン（筋）

厚板を高速で切断する場合、溶融金属は垂直レーザービーム下の切断部に現れません。代わりに、ファイバーレーザー切断機のレーザービーム後方に噴出します。その結果、切断エッジに曲線が形成され、ラインは移動するレーザービームに密接に追従します。切断プロセスの終わりで送り速度を落とすことで、この問題を修正できます。

レーザー切断機切断品質に影響する要因

要因1：レーザー出力が切断品質に与える影響

連続波出力レーザー切断機の場合、レーザー出力の値とモードが切断に重要な影響を与えます。金属レーザー切断機の最大出力を設定して、より高い切断速度を得たり、より厚い材料を切断したりすることがよくあります。しかし、これは常に正しい選択ではありません。

時にはレーザービームモード（断面上のレーザーエネルギー分布）が非常に重要です。さらに、金属レーザーカッターのレーザー出力を上げると、レーザーモードがわずかに変化します。最大出力密度と最高の切断品質が、最大値未満の出力での焦点位置に現れることがよくあります。

1. レーザーメタル切断機のレーザー出力が小さすぎると、材料への熱入力が不十分になる可能性があります。また、下端に近づくほど溶融物の温度が低くなります。したがって、高圧気流がスラグを完全に吹き飛ばせず、切断エッジに付着する結果になります。
2. 金属レーザーカッターのレーザー出力が大きすぎると、熱入力が過剰になる可能性があります。するとワークの溶融範囲が高圧気流の吹き飛ばせる範囲を超えます。その結果、溶融金属の一部がシート上に残り、オーバーバーン（過燃焼）を引き起こします。

したがって、あなたの具体的な切断条件に基づいてレーザー出力に特に注意を払う必要があります。

要因2：焦点位置が切断品質に与える影響

レンズの焦点距離選択も非常に重要です。

レーザービームが焦点合わせされた後、スポットサイズはレンズの焦点距離に比例します。短焦点距離レンズでビームを焦点合わせするとスポットサイズは小さくなります。また、焦点でのパワー密度が高く、材料切断に非常に有利です。しかし、焦点深度が非常に短く、調整範囲が小さいです。そのため、一般的に薄材の高速切断に適しています。

逆に、長焦点距離レンズは広い焦点深度を持ちます。そのため、長焦点距離レンズを搭載したCNCレーザー切断機は、厚いワークの切断に適しています。もちろん、このCNCメタル切断機には十分なレーザー出力密度が必要です。

焦点距離を決定した後、焦点とワーク表面の相対位置が特に重要になります。

ほとんどの場合、焦点位置はワーク表面上またはわずかに下にあるべきです。ファイバーレーザーカッターの焦点位置で最高のパワー密度を得られるためです。

焦点とワークの相対位置を一定に保つことは、安定した切断品質を得るための重要な条件です。時には、レーザーメタル切断機のレンズ冷却不良により焦点距離が変化することがあります。このような場合、焦点位置を調整する必要があります。

焦点が正しい位置にあるとき、最も狭いスリット、最高の効率、最高の切断品質が得られます。

ほとんどの場合、CNCレーザー切断機の焦点はノズルのすぐ下に設定されます。さらに、ノズルと表面の距離は約1.5mmです。

要因3：切断速度が切断品質に与える影響

与えられたレーザー出力と材料に対して、ファイバーレーザーカッターの切断速度は経験式に従います。閾値以上であれば、材料の切断速度はレーザー出力に比例します。つまり、CNCレーザー切断機の出力を上げると（一定範囲内で）、切断速度を上げられます。ここで言う出力は、レーザー出力だけでなくビーム品質モードにも関係します。また、焦点合わせ後のスポットサイズもレーザー切断に大きな影響を与えます。

メタル用レーザーカッターの切断速度は、材料密度と厚みに比例します。したがって、ファイバーレーザー切断機の切断速度は以下の方法で向上できます。例えば、他のパラメータを不変としたまま、レーザー出力を上げる（一定範囲内）。またはレーザービームモードを改善、スポットサイズを減らす、薄材を切断する。

レーザーカッターの切断速度は、一定のプロセス変数下で満足のいく切断品質を得られる相対的な調整範囲を持ちます。この調整範囲は、レーザーメタルCNC機械で薄い金属を切断する場合にやや広くなります。時には、切断速度が遅すぎると溶融材料が表面を削り、粗いエッジを残す原因になります。

要因4：補助ガスが切断品質に与える影響

レーザーメタル切断機で金属板を切断するには、一般的に補助ガスが必要です。これは主に補助ガスの種類と圧力に関係します。通常、補助ガスはレーザービームと同軸に噴出されます。ファイバーレーザーカッターのレンズを汚染から保護し、同時に切断領域底部のスラグを吹き飛ばします。

ほとんどのレーザー金属切断操作では、活性ガス（主にO2）を採用し、加熱された金属と酸化反応を起こさせます。これにより発生する追加熱により、メタルレーザーカッターの切断速度を1/3〜1/2向上させる可能性があります。

ファイバーレーザー切断機で薄板を切断する場合、高圧ガスを供給する必要があります。これにより、スラグが切断スリットの背面に付着してエッジを損傷するのを防ぎます。それに応じて、厚板や低速切断時にはガス圧を下げる必要があります。

実践によれば、補助ガスがO2の場合、その純度は切断品質に大きな影響を与えます。O2純度が2%低下すると切断速度が50%低下します。同時に、レーザーメタル切断機の切断品質も低下します。

レーザー切断機切断品質改善のヒント

レーザーメタルカッター使用時、さまざまなトラブルに遭遇する可能性があります。例えば、粗いエッジ、バリ、変形、切断不貫通、変色などです。各トラブルでは、メタルレーザー切断機の切断パラメータや条件をチェックする必要があります。

以下の4つのトラブルが発生した場合、まず与えられた方法に従ってメタルCNC機械を自己チェックしてください。自己チェック後も問題が解決しない場合は、機械サプライヤーに連絡するか、専門家に相談してください。

バリを減らすには

まず、ファイバーレーザーカッターのレーザー出力に問題がないかチェックしてください。スポットが円形か、ノズル中心と同軸かを確認してください。

次に、ファイバーレーザー機械の光学系に異物がないかチェックしてください。例えば、レンズ上の微粒子、ほこり、スラグ。レンズに微細な亀裂がないか必ず確認してください。これらはすべてレーザー出力の伝達に影響を与えます。

上記の問題が解決したら、レーザーカッターの切断パラメータやガス純度の変更を検討してください。複数回の切断実践を通じて適切な切断パラメータを見つけられるかもしれません。

変形を防ぐには

ファイバーレーザーカッターで金属を切断すると、切断周辺が加熱されます。同時に金属構造が変化します。例えば、一部の金属はレーザーCNCメタル切断機で切断後、硬化することがあります。

切断エッジ付近の凹みや腐食は、メタルレーザー切断機の切断エッジに悪影響を与えます。これらは一般的に避けるべき切断エラーに属します。切断プロセス中に金属が急激に加熱されると変形します。

変形を防ぐには、レーザー出力を制御するか、短パルスレーザーを使用して金属の加熱を抑制できます。これは輪郭とウェブが通常非常に狭い精密加工において特に重要です。

切断不貫通を解決するには

CNCメタルレーザーカッターの切断速度を適切に落としてみてください。また、汚染された反射レンズを適時に適切に清掃し、集光レンズを交換してください。

CNCレーザー切断機の光学パスを再調整してください。したがって、レーザースポットがノズル中心と同心円になるまで焦点を調整してください。

銅とアルミニウムを切断する場合、高反射率の問題に対処するために、事前に表面を研磨してください。

レーザーメタル切断機ノズル内部のゴミを適時に清掃することを忘れないでください。実際の状況に応じてガス圧を増減してください。さらに、冷却システムの蒸留水を適時に交換してください。

変色を解決するには

切断部付近の変色は、主に高温での材料酸化によるものです。例えば、ステンレス鋼は高温耐性材料であるだけでなく、熱伝導率が悪いため断熱材でもあります。レーザーメタルカッターで切断すると、切断部付近で高温が発生し蓄積されます。したがって、高温のステンレス鋼が空気中で酸化します。温度により酸化の深さも異なり、異なる色になります。

上記のほか、切断速度が遅い、焦点が不適切、ガス純度が悪いことも金属変色の原因となります。

変色を減らすには以下の方法を試してください：

1. 材料が熱すぎる場合は冷却してください。
2. 送り速度を上げてください。
3. ロケーターでテストし、焦点を適切な位置に調整してください。
4. 補助ガス圧を上げてください。
5. 高品質・高純度N2を使用してください。

レーザー切断機推奨

以前の記事でBlue Elephantが提供するレーザー切断機モデルについて語りました。そちらを読んで、より多くのレーザーCNC機械タイプを理解してください。以下では、全レーザー切断機モデルの中でベストセラーのものを紹介します。

板金レーザー切断機

専用チューブメタルレーザーカッターを除き、他のすべてのレーザーCNC機械は金属板を切断できます。中でも最も人気なのはオープンフラットベッドレーザー切断機です。

多くのワークテーブルサイズから選択可能です。例えば、1515x3030mm、1515x4040mm、1515x6050mm、2020x4040mm、2020x6050mmなど。さらに、あなたの具体的な切断要件に基づいて、多くの他の仕様もカスタマイズ可能です。例えば、レーザー出力/ブランド、レーザーヘッドタイプ/ブランド、モーターブランド、フォーカシング方法など。

すべてのサイズの中で、1530が最も人気です。比較的安価で、1515x3000mmのサイズがほとんどのレーザー切断需要を満たせるためです。多くの金属加工ショップがこのファイバーレーザーカッターを使用して、金属ドア、窓、フェンスなどを切断しています。

当社のレーザーCNC機械が高反射率材料である真鍮をどのように切断するか、ご覧ください。

チューブ・板材兼用ファイバーレーザー切断機

2つの機能を1台のレーザーメタル切断機に統合。半分は金属板切断用、もう半分は金属パイプ切断用です。ダブルニューマチックチャックを使用してチューブとパイプを確実に保持・回転させます。

デュアルユースファイバーレーザー機械が鋼板と真鍮板、そしてチューブを切断する様子をご覧ください。

高精度ファイバーレーザー切断機

このタイプのファイバーレーザー機械は大きなカバーを持ちますが、比較的小さな作業サイズです。非常に高い精度で金属板切断作業を完了できます。高精度ファイバーレーザー機械は主に薄い金属板の切断向けです。

高精度CNCメタルレーザーカッターとして、6060、9060、9090、1390、1313の5モデルを提供しています。これらの数字はワークテーブルサイズ（605x605mm、905x605mmなど）を指します。

このレーザー切断機に興味があれば、以下の動画で切断プロセスをご覧ください。見積もりについてはお問い合わせください。

結論

この記事では、ファイバーレーザーカッターの切断品質に影響を与える主要な4要因を説明しました。このほか、反射率、材料表面状態などもあります。これらすべての要因が、金属によるレーザービーム吸収に影響を与えます。 ノズル径、ノズルとワークの距離、メタルレーザーカッターのオプションパスなども重要です。

したがって、レーザー切断機切断品質に影響を与える要因を以下の表に簡潔にまとめます：

レーザー切断機切断品質に影響を与える要因
主要要因	レーザー出力とモード
	焦点位置
	切断速度
	補助ガス
その他の要因	材料状態 ノズル 光学系 など

要約すると、レーザー出力とモード、焦点位置、切断速度、補助ガス圧力が最も重要な4変数です。切断プロセス中に明らかな切断品質劣化を発見した場合、まず以下の4要因をチェックしてください。異常があれば適時に制御・調整してください。

レーザー切断機がどれほど優れていても、実際の操作プロセスではさまざまな問題が避けられません。当社のレーザー切断機を使用中に問題が発生した場合、躊躇せずにすぐご連絡ください。最善を尽くしてタイムリーな解決策を提供します。