Ici, j'ai partagé des conseils pratiques pour la découpe laser de l'acier doux qui peuvent améliorer votre processus d'usinage et surmonter les défis auxquels les machinistes étaient confrontés auparavant. Commençons.
Quels sont les différents types d'acier doux ?
L'acier doux est simplement un type d'acier au carbone avec la plus faible teneur en carbone. En règle générale, il contient de 0.04 à 3 % en poids de la teneur en carbone ce qui lui confère des propriétés uniques. Selon l'American Iron and Steel Institute (AISI), d'autres éléments tels que le chrome, le cobalt, le manganèse, le cuivre, le silicium, etc., peuvent être ajoutés pour obtenir les propriétés appropriées de l'acier doux.
L'acier doux est peu coûteux, grâce aux techniques de fabrication modernes, et vous trouverez son utilisation dans presque tous industries mécaniques générales. De plus, il existe de nombreuses nuances ou types d'acier doux. Certains sont présentés dans ce tableau.
| Nuance d'acier doux (AISI) | Composition (% en poids) | Utilisations |
| 1010 | 0.1 C, 0.45 Mn | Pièces automobiles. |
| 1020 | 0.2 C, 0.45 Mn | Tôlerie, Tuyaux. |
| A36 | 0.29 C, 1.00 Mn, 0.2 Cu | Architecture, Ponts, Navires |
| A516 | 0.31 C, 1.00 Mn, 0.25 Si | Pressure Vessel |
| A440 | 0.28 C, 1.35 Mn | Couteau, Lames |
| A633 | 0.22 C, 1.35 Mn | Chaudière, industrie chimique |
| S275 | 0.17 C, 1.02 Mn, 0.21 Si | Ponts, Bâtiments |
| S355 | 0.16 C, 1.3 Mn, 0.2 Si, 0.04 Cu | Construction et industrie offshore |
Avantages de la découpe laser de l'acier doux
La technologie de découpe au laser a amélioré les collecteurs de processus d'usinage en acier doux. Voici quelques avantages clés.
Rapidité et flexibilité
Fibre et Machines laser CO2 fournir une vitesse inégalée. Ces machines ont un système de rail rapide et de portique, qui est contrôlé par commande numérique par ordinateur (CNC). Puisqu'il n'y a pas d'outils de coupe physiques impliqués, le mouvement est rapide. Étonnamment, les machines laser sont compatibles avec une vaste gamme de métaux. Cette flexibilité vous permet de traiter différentes nuances d'acier avec des ajustements mineurs.
Haute précision
Les faisceaux laser, par défaut, sont vraiment précis. C'est un faisceau lumineux amplifié qui fond et évapore les métaux avec précision. Puisqu'il s'agit d'une découpe thermique, vous n'aurez pas à vous soucier de la formation de copeaux et des bords rugueux.
L'usinage au laser est si précis qu'il peut atteindre une tolérance de +-0.003 mm à 0.006 mm. En comparaison, la précision des méthodes traditionnelles se situe dans la plage de +-0.015 mm à 3 mm.
Travaux complexes
La haute précision permet aux opérateurs d'effectuer des travaux complexes et complexes en utilisant de l'acier doux. Cela apporte une meilleure précision au processus d'usinage tout en maîtrisant le coût. La découpe laser des métaux permet de fabriquer des prototypes et de tester des pièces beaucoup plus rapidement que les découpeuses traditionnelles.
Autrefois, les géométries complexes nécessitaient un meilleur ajustement des outils et un niveau de compétence plus élevé de l'opérateur. Mais tout a changé avec la technologie laser qui peut être facilement ajustée en appuyant sur un bouton.
Moins de consommation d'énergie
Les machines laser consomment moins d'énergie que les découpeuses traditionnelles. Cela est dû en partie au manque de pièces mobiles dans les machines. En conséquence, les pertes de frottement, de chaleur et de vibrations sont proches de zéro. Il y a également beaucoup moins de formation de copeaux et de gaspillage lorsque l'acier doux est découpé au laser. Ainsi, moins de ressources sont utilisées pour nettoyer et recycler les déchets. Dans l'ensemble, le processus de découpe au laser est écologique et durable.
Automatisation
L'automatisation est l'endroit où la découpe laser brille vraiment. Ils sont équipés d'un système de contrôle basé sur un logiciel. En conséquence, ces machines peuvent fonctionner automatiquement avec un minimum de supervision.
Il existe plusieurs types d'automatisation dans la technologie laser. Le premier est découpe bidimensionnelle à l'aide d'un système de portique. C'est rapide et efficace. Les tôles d'acier doux sont alimentées automatiquement et le mouvement du découpeur laser est contrôlé.
Deuxièmement, l'utilisation de Bras robotiques. Ces bras peuvent souder ou couper dans un espace tridimensionnel.
Limiter les dégâts
Les experts disent que la découpe au laser cause le moins de dommages au matériau de tous les processus de découpe thermique. Car même si la température du faisceau laser monte à plusieurs milliers de degrés, le point de contact reste étroit. De plus, cela ne provoque pas d'emballage et de distorsion dans le matériau.
Les coupes sont également de haute qualité, ce qui réduit les dommages et permet d'économiser beaucoup de revenus dans la production à grande échelle d'acier doux.
Étant donné que l'outil de coupe ne subit aucune usure, les dommages globaux sont minimisés, ce qui réduit les coûts d'exploitation.
Pourquoi le processus de découpe laser de l'acier doux est-il difficile ?
L'acier doux est excellent pour divers processus d'usinage et est largement utilisé dans la vie quotidienne. Il a des applications dans presque tous les secteurs manufacturiers. Mais certains défis viennent avec ses propriétés matérielles supérieures.
Ductilité du matériau
L'acier doux a la plus faible teneur en carbone de tout autre type d'acier. Il rend le matériau extrêmement ductile, encore plus que le caoutchouc. L'acier à faible teneur en carbone est également moins cassant, ce qui évite les fractures.
Cependant, cela a un effet secondaire. Cela conduit à la formation de copeaux longs dans le processus de coupe traditionnel. Pas tellement dans la découpe au laser, cependant, car le laser évapore le métal. Néanmoins, le copeau long peut perturber le processus d'usinage. Pour contrôler cette vitesse d'avance, la profondeur de coupe, la vitesse de coupe et d'autres paramètres sont réajustés.
Construire des bords
De même, les bords s'accumulent pendant le processus d'usinage en raison de la ductilité élevée. Cela peut facilement endommager l'outil. L'accumulation de bord se traduit également par une mauvaise qualité de saignée.
Vous devrez peut-être augmenter la fréquence de maintenance, ce qui entraînera un arrêt inutile du processus.
La construction en périphérie est également un obstacle au processus d'automatisation. Le réglage de l'insert, du foret et de la vitesse d'alimentation résoudrait le problème dans les processus traditionnels. Heureusement, avec coupe thermique, cet effet est réduit. Ainsi, la découpe au laser est moins sujette à cela.
Haute température et vibrations
La découpe au laser est un processus thermique qui peut créer des températures élevées au niveau du bord de coupe. De plus, la découpe au laser de l'acier doux avec de l'oxygène a tendance à brûler excessivement les bords. Pour contrer cela, l'opérateur doit sélectionner la puissance du laser et aider soigneusement la pression du gaz.
L'acier a une résistance plus élevée que les autres métaux, ce qui signifie qu'il est plus sujet aux vibrations pendant le processus d'usinage. Dans le fraisage traditionnel et la coupe de lattes, ces vibrations affectent la qualité du travail.
Cependant, dans la découpe laser à fibre, ces vibrations sont dues au jeu inhérent de la tête laser et des autres composants. Les machines laser de mauvaise qualité peuvent provoquer un motif en dents de scie dans la coupe du bord.
Conseils pour obtenir les meilleurs résultats lors de la découpe au laser de pièces en acier doux
1. Critères de conception
Chaque projet doit avoir une conception de base solide. Machines laser à fibre utiliser les instructions de conception au format de fichier .dwg ou .dxf. Des instructions claires dans la phase de conception peuvent conduire à des opérations plus rapides et réduire le risque d'endommagement du matériau.
Étant donné que les machines laser suivent des vecteurs 2D, assurez-vous que les lignes ne sont pas disjointes. Fermez tous les bords. Assurez-vous que la largeur de l'encoche est d'au moins 1 mm de l'épaisseur et éloignée du coin de la plaque métallique. De cette façon, l'intégrité de la plaque métallique reste intacte.
Les congés sont encouragés au lieu des arêtes vives car cela réduit la concentration de contraintes. En règle générale, le rayon du congé doit être égal à la moitié de la taille de l'épaisseur.
Supposons que vous ayez plusieurs éléments intérieurs et extérieurs à découper dans une seule plaque d'acier doux. Espacez-les correctement en place afin que la qualité reste intacte. Si deux éléments sont trop proches l'un de l'autre, le laser peut brûler le bord entre deux éléments.
2. Nettoyage des surfaces
Comme nous le savons, l'acier doux a différentes nuances, ce qui signifie que leurs propriétés diffèrent. Certains grades sont moins résistants à la corrosion que d'autres. En conséquence, la rouille et le tartre peuvent s'accumuler à la surface du métal. Même la plus petite couche peut affecter négativement la qualité de coupe. Assurez-vous de nettoyer correctement la plaque en acier doux avant le processus.
3. Sélection de la puissance laser
La puissance laser est le paramètre le plus important dans la découpe laser. Les puissances de sortie typiques des machines laser sont de 1.5 KW, 2 KW, 3 KW et 6 KW.
La puissance du laser dicte l'épaisseur maximale de la plaque d'acier doux que vous pouvez couper. La meilleure approche consiste à consulter les directives données par le fabricant de la machine. De cette façon, vous éviterez des dommages inutiles.
Les lasers à fibre ont besoin de moins de puissance que les lasers CO2 pour couper à la même profondeur étant donné que tous les autres paramètres restent les mêmes. En effet, les lasers à fibre ont un taux d'absorption plus élevé.
4. Inspection des dommages
Si votre machine fonctionne en continu pendant quelques jours, il est recommandé d'inspecter tout dommage antérieur au composant de la machine laser avant de commencer un autre travail. La lentille laser, la buse, la torche, le flux de gaz, etc. sont principalement susceptibles d'être endommagés. Parfois, des débris se coincent dans le laser et peuvent affecter les performances de coupe.
5. Ajustez le paramètre de coupe
Les paramètres de coupe de l'acier doux comprennent la puissance de sortie, la vitesse de coupe, le réglage de perçage, la sélection de gaz, la pression, etc. Ajustez-les conformément aux directives du fabricant pour la nuance spécifique d'acier doux.
Le perçage est la première et la plus importante des étapes, car il donnera le bon ton pour le reste de la coupe.
Assurez-vous que vous utilisez uniquement les paramètres d'alimentation recommandés car une intensité plus élevée peut laisser des marques de brûlure sur le matériau. On sait par observation que de 1 mm à 4 mm, un laser à oxygène peut créer un bon perçage. Mais pour l'acier doux plus épais comme 8 mm, l'air comprimé est beaucoup plus adapté pour percer l'acier doux.
Le perçage se fait sur la ligne de coupe si le diamètre du trou correspond à la largeur de la ligne. Sinon, cela se fait du côté intérieur de la ligne de coupe.
6. Bon choix de gaz
Vous devez tenir compte de la sélection du gaz d'assistance, de la pression et du débit. Pour l'acier doux, l'oxygène est le plus compatible. Cependant, l'azote et l'air comprimé sont également utilisés dans certains cas.
L'acier doux nécessite des réglages de puissance et de pression de gaz inférieurs pour la même épaisseur par rapport aux autres types d'acier. Étonnamment, la vitesse de coupe est également plus élevée pour l'acier doux. Assurez-vous de garder cela à l'esprit lors de la sélection des paramètres de gaz.
L'oxygène produit un trou de perçage plus large que l'azote. De plus, la recherche montre que l'azote peut être utilisé à la place pour le perçage, et plus tard, la coupe peut être poursuivie en utilisant de l'oxygène. Avec cette combinaison, le perçage peut être effectué sur la ligne de coupe, réduisant ainsi le gaspillage de matériau.
Une autre recherche montre les conditions optimales pour la découpe au laser à oxygène de l'acier doux pour différentes épaisseurs.
| Epaisseur (mm) | Largeur moyenne (mm) | Puissance (W) | Vitesse de coupe (mm/s) | O2 pression (bar) |
| 1 | 0.3 | 67 | 9.5 | 1 |
| 1.5 | 0.35 | 97 | 9.5 | 1 |
| 2 | 0.3 | 123 | 7.1 | 2 |
Si vous souhaitez en savoir plus sur les gaz d'assistance et leur sélection, lisez l'article "Quel gaz est le meilleur pour la découpe laser ? - Un guide facile à suivre."
7. Calibrage de la buse
Un faisceau laser traverse une buse en cuivre dans une machine laser standard. Cependant, si la buse est mal alignée, le laser obtiendra une obstruction. C'est ce qu'on appelle l'écrêtage du faisceau. Donc, toujours aligner le faisceau laser pour minimiser les pertes lors de la coupe de l'acier doux.
Un autre facteur est la position focale du faisceau laser. Pour l'acier doux, vous devez vous concentrer sur la surface du matériau. La hauteur de la buse laser varie en fonction de l'épaisseur et du type de matériau. Idéalement, la buse doit être à 0.2 mm – 0.5 mm de la surface du matériau.
8. Vitesse de coupe
La vitesse de coupe est un paramètre crucial dans la maîtrise de la qualité du procédé. Le problème le plus courant avec l'acier doux est l'effet de striation sur le bord du trait de scie, qui est principalement lié à la vitesse de coupe.
Les stries sont les lignes parallèles et les rainures qui se forment lors de la coupe. Il augmente la rugosité de la surface et nuit à la finition de la coupe. Plus tard, cela peut également poser un problème de soudage.
Les recherches montrent une vitesse de coupe critique à laquelle l'effet de striation est minime lors de la découpe au laser à oxygène de l'acier doux.
Commencez par augmenter progressivement la vitesse de coupe jusqu'à atteindre une vitesse optimale sans stries. Ensuite, maintenez cette vitesse pour le reste du travail. De plus, la machine doit avoir une sortie d'au moins 1KW ou plus.
9. Minimisation de la zone affectée par la chaleur (HAZ)
Une dissipation inégale de la chaleur peut provoquer des défauts dans le matériau pendant découpe laser fibre. C'est particulièrement vrai pour l'acier doux. Ces zones prennent naissance là où la chaleur ne fait pas fondre le matériau mais est suffisamment chaude pour modifier la microstructure.
Cela peut poser toutes sortes de problèmes, tels qu'une résistance à la fatigue réduite, des fractures précoces et des déformations. Le bon choix de gaz d'assistance diminue également la HAZ car il refroidit la surface.
Les deux facteurs les plus importants qui affectent la ZAT sont puissance et vitesse de coupe.
La règle générale est que HAZ peut être minimisé en augmentant la vitesse de découpe laser et en diminuant la puissance laser. Cependant, ce n'est pas si simple. Une vitesse de coupe plus élevée peut également créer une plus grande rugosité de surface. Il faut donc équilibrer la vitesse critique.
10. Créer une pièce de test
Il est difficile de clouer le réglage de découpe au laser à fibre du premier coup. Bien sûr, vous pouvez atteindre un niveau de réussite de base, mais vous devez créer des pièces de test pour une meilleure qualité. Ce sont le prototype du travail réel. Si vous devez compléter une commande de cent pièces, vous réalisez d'abord quelques pièces de test pour obtenir les paramètres laser idéaux.
11. Examinez la partie coupée
Le motif sur un bord coupé peut en dire long sur la déficience des réglages de la machine laser. Idéalement, un équilibre parfait entre puissance, vitesse et débit de gaz est la clé d'un bord de coupe lisse. Commencez donc par une coupe d'essai et examinez-la visuellement.
Suivez les paramètres recommandés par le fabricant. Optimisez les paramètres de coupe en augmentant ou en diminuant le débit d'alimentation, la pression du gaz et la puissance par petits incréments. Voici quelques-uns des défauts à surveiller.
| Défauts de coupe | Raisons possibles |
| Zone affectée par une chaleur plus élevée. | La puissance est trop. |
| Kerf étroit avec oxydation en bas. Crasse excessive au bord de coupe inférieur | Point focal bas, vitesse de coupe élevée, faible pression de gaz (oxygène), petite taille de buse. |
| Kerf plus large, effet de striation, plus grande rugosité, bords brûlés. | Point focal plus élevé, pression de gaz plus élevée (oxygène), vitesse de coupe lente, buse défectueuse. |
Réflexions finales
Les conseils utiles susmentionnés ne manqueront pas d'augmenter votre productivité et votre efficacité. L'acier à faible teneur en carbone ou l'acier doux est le matériau d'usinage le plus courant que vous rencontrerez. Connaître les bonnes stratégies peut considérablement améliorer la qualité et le taux de production. Cela vous aidera à générer des profits plus importants et à réussir. Ces conseils s'appliquent aussi bien aux lasers à fibre qu'aux lasers CO2.
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