Wie man einen speziellen Schraubenkompressor für eine Laserschneidmaschine auswählt

2026-08-27

Wie man einen speziellen Schraubenkompressor für eine Laserschneidmaschine auswählt

Beim Laserschneiden werden die Eigenschaften eines Laserstrahls mit hoher Leistungsdichte genutzt. Der Laserstrahl wird auf einen kleinen Lichtpunkt gebündelt, wodurch das Material schnell erhitzt wird, bis es verdampft und den Siedepunkt erreicht. Dadurch entsteht ein Loch. Anschließend wird der Laserstrahl über die Oberfläche des Materials geführt, um einen Schlitz zu erzeugen und so das Werkstück zu schneiden.

Das Laserschneiden ist eines der thermischen Schneidverfahren und kann in Lasergasifizierungsschneiden, Laserschmelzschneiden, lasergestütztes Sauerstoffschmelzschneiden und kontrolliertes Bruchschneiden unterteilt werden.

Funktionsprinzip des Laserschneidens

Im Vergleich zu anderen Schneidverfahren zeichnet sich das Laserschneiden durch hohe Schnittgeschwindigkeit und hohe Schnittqualität aus. Dies lässt sich im Einzelnen wie folgt zusammenfassen:

(1) Der Schnitt beim Laser-Gasschneiden ist schmal, die beiden Seiten des Schlitzes verlaufen parallel und stehen in guter Rechtwinkligkeit zur Oberfläche.

(2) Gute Schnittqualität. Da der Laserfleck klein ist, die Energiedichte hoch und die Schnittgeschwindigkeit hoch, erzielt das Laserschneiden eine bessere Schnittqualität.

(3) Die Schnittfläche ist glatt und schön, auch als letzter Bearbeitungsschritt, ohne mechanische Nachbearbeitung können die Teile direkt verwendet werden.

(4) Schnittgeschwindigkeit, zum Beispiel: 2500W Laserschneiden von 1 mm dickem kaltgewalztem Kohlenstoffstahlblech, Schnittgeschwindigkeit bis zu 16-19 m/min.

(5) Berührungsloses Schneiden: Beim Laserschneiden besteht kein Kontakt zwischen Düse und Werkstück, es entsteht kein Werkzeugverschleiß.

(6) Nach dem Laserschneiden ist die Breite der Wärmeeinflusszone sehr gering, die Materialeigenschaften in der Nähe des Schnittspalts werden kaum beeinträchtigt, die Werkstückverformung ist gering und die Schnittgenauigkeit hoch. Ein Vergleich der Schnittgeschwindigkeit beim Laserschneiden mit anderen Schneidverfahren ist der folgenden Tabelle zu entnehmen (Schneidmaterial: kohlenstoffarmes Stahlblech).

Vergleich der Schnittgeschwindigkeit verschiedener Schneidverfahren:

Erstens, um Fortschritte in Richtung hoher Leistung, hoher Präzision und großer Fläche zu erzielen.

Die Technologie für Laserschneidmaschinen in China hat in den letzten Jahren einen Durchbruch erlebt und sich in Richtung hoher Leistung, hoher Präzision und großer Bearbeitungsfläche entwickelt. Im Kontext der intelligenten Fertigung in China zeichnet sich ein Trend zur Transformation der Industrie von traditionellen Bearbeitungsverfahren hin zur High-End-Fertigung ab, und der Markt für Laserschneiden in China wird weiterhin ein rasantes Wachstum verzeichnen.

Zweitens entfielen 39 % auf den Markt für Laserschneidanlagen.

Im Jahr 2019 wuchs der Lasermarkt zwar, das Wachstumstempo verlangsamte sich jedoch im Vergleich zu den beiden Vorjahren. Der Umsatz mit Lasergeräten aller Art (einschließlich Importe) belief sich auf 65,8 Milliarden Yuan, ein Plus von 8,8 % gegenüber dem Vorjahr. Aufgrund der Unsicherheit der globalen Wirtschaftsentwicklung wird für 2020 ein Gesamtumsatz von 64,5 Milliarden Yuan für den chinesischen Lasergerätemarkt erwartet. Dies bedeutet das erste negative Wachstum seit fast zehn Jahren, die Aussichten sind jedoch weiterhin vielversprechend und der absolute Wert beträchtlich.

Im Markt für industrielle Laseranlagen ist das Laserschneiden mit einem Anteil von 39 % am weitesten verbreitet, gefolgt von Markieren und Schweißen mit Anteilen von 19 % bzw. 12 %.

Drittens, Druckluft im Bereich der Laserschneidanwendungen

Laserschneidmaschinen können die Schneidanforderungen verschiedenster Materialien und komplexer Formen erfüllen. Neben der Bereitstellung hochenergetischer Laser ist ein Hilfsgas unerlässlich, um den Schneidprozess abzuschließen. Als Hilfsgase beim Laserschneiden werden hauptsächlich Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) und Druckluft (Druckluft) verwendet. Druckluft ist leichter verfügbar und deutlich kostengünstiger als Sauerstoff und Stickstoff und wird daher häufig als Hilfsgas beim Laserschneiden eingesetzt.

Die Qualität der Druckluft hat einen direkten Einfluss auf die Qualität des Metalllaserschneidens. Größe und Stabilität des Gasdrucks beeinflussen das Schneidergebnis. Bei der Auswahl des Druckluftkompressors als Hilfsgas für die Laserschneidmaschine sollten die Spezifikationen und die Größe des benötigten Hilfsgasdrucks und der Düse hauptsächlich auf der Konstruktion des Laserschneidkopfes der Maschine basieren, um die optimale Abstimmung zwischen Kompressor und Laserschneidmaschine zu gewährleisten.

Vergleich des Laserschneidens mit verschiedenen Hilfsgasen

Beim Laserschneiden wird je nach Material des zu schneidenden Werkstücks ein anderes Schneidgas ausgewählt. Die Wahl des Schneidgases und des Drucks hat einen großen Einfluss auf die Qualität des Laserschnitts.

Beim Laserschneiden werden üblicherweise Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) und Druckluft als Hilfsgase verwendet, gelegentlich auch Argon (Ar). Je nach Gasdruck unterscheidet man zwischen Hochdruck- und Niederdruckgasen.

Die Hauptaufgaben des Laserschneidgases umfassen: Verbrennung und Wärmeabfuhr, rechtzeitiges Abblasen der Schmelzrückstände, Verhinderung des Rückflusses von Schmelzrückständen in die Düse und Schutz der Fokussierlinse. Je nach Schneidmaterial, Leistung der Laserschneidanlage und gewähltem Laserschneidverfahren variiert die Wahl des Hilfsgases. Eigenschaften, Verwendungszwecke und Anwendungsbereiche verschiedener Hilfsgase sind im Folgenden aufgeführt:

(1) Sauerstoff (O₂) wird hauptsächlich zum Schneiden von Kohlenstoffstahl verwendet. Die Reaktionswärme von Sauerstoff und Eisen fördert das endotherme Schmelzen des Metalls, wodurch die Schneidleistung deutlich gesteigert, dickere Materialstärken geschnitten und die Bearbeitungskapazität von Laserschneidmaschinen signifikant erhöht werden kann. Gleichzeitig bildet sich jedoch aufgrund des vorhandenen Sauerstoffs eine deutliche Oxidschicht an der Schnittfläche. Diese wirkt abschreckend auf das Material in der Umgebung der Schnittfläche, erhöht dessen Härte und beeinflusst die Weiterverarbeitung. Die Schnittfläche des sauerstoffgeschnittenen Materials ist schwarz oder dunkelgelb. Üblicherweise werden Kohlenstoffstahlplatten mittels Sauerstoffschneiden, Niederdruckbohren und Niederdruckschneiden bearbeitet.

(2) Argon (Ar) Argon ist ein Edelgas, das Oxidation und Nitrierung beim Laserschneiden verhindert und auch zum Auflösen verwendet werden kann. Da Argon jedoch teurer ist als Stickstoff, ist das Laserschneiden mit Argon im Allgemeinen nicht wirtschaftlich. Argonschneiden wird hauptsächlich für Titan und Titanlegierungen eingesetzt, wobei die Schnittfläche weiß bleibt.

(3) Druckluft (Druckluft) Druckluft kann direkt von Kompressoren bereitgestellt werden. Im Vergleich zu Sauerstoff und Stickstoff ist sie leicht zu beschaffen und sehr kostengünstig. Obwohl Luft nur etwa 20 % Sauerstoff enthält, ist die Schneidleistung deutlich geringer als beim Schneiden mit Sauerstoff, aber ähnlich wie beim Schneiden mit Stickstoff. Die Schneidleistung von Druckluft ist etwas höher als beim Schneiden mit Stickstoff. Die Schnittfläche des mit Druckluft geschnittenen Materials ist gelb. Wenn keine strengen Anforderungen an die Oberflächenfarbe des geschnittenen Materials bestehen, ist Druckluft die wirtschaftlichste und praktischste Alternative zum Schneiden mit Stickstoff.

(4) Stickstoff (N₂) Wird Stickstoff als Hilfsgas beim Schneiden verwendet, bildet er eine Schutzatmosphäre um das geschmolzene Metall. Dadurch wird die Oxidation des Materials verhindert, die Bildung einer Oxidschicht vermieden und ein oxidationsfreies Schneiden ermöglicht. Da Stickstoff jedoch keine chemische Reaktion mit Metall eingeht, entsteht keine Reaktionswärme. Die Schneidleistung ist daher geringer als bei Sauerstoff, und der Stickstoffverbrauch ist um ein Vielfaches höher, was zu höheren Schneidkosten führt. Oxidationsfreie Schnittflächen lassen sich direkt verschmelzen und verschmieren, weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und haben eine weiße Schnittfläche. Stickstoff wird üblicherweise zum Schneiden von Edelstahl, verzinktem Blech, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Messing und anderen Werkstoffen eingesetzt. Die Schnitte erfolgen mit Niederdruck-Vorbohrung und Hochdruck-Schneiden. Die Änderung des Gasflusses hat beim Stickstoffschneiden einen großen Einfluss auf den Schnitt. Um den Schneidgasdruck zu gewährleisten, muss ein ausreichender Gasfluss sichergestellt werden.

Derzeit kostet flüssiger Stickstoff auf dem Markt etwa 1400 Yuan pro Tonne. Für das Laserschneiden wird flüssiger Stickstoff in einem Duva-Tank benötigt. Ein Tank fasst üblicherweise 120 kg, und der Preis pro kg liegt bei über 3 Yuan. Rechnen wir daher mit 1400 Yuan pro Tonne.

120 × 1,4 = 168 Yuan. Die Dichte von Stickstoff im Standardzustand beträgt 1,25 kg/m³. Daher beträgt die maximale Füllmenge von flüssigem Stickstoff in einem Dewar-Gefäß etwa 120 / 1,25 = 96 Nm³, und die Kosten für Stickstoff pro Nm³ betragen 168 / 96 = 1,75 Yuan/Nm³.

Wenn ein inländischer Luftkompressor verwendet wird, um 16 bar Druckluft und 1,27 m³ pro Minute bereitzustellen, beträgt die Volllast-Eingangsleistung dieses Luftkompressors 13,4 kW.

Der Strompreis für Industriestrom beträgt 1,0 Yuan/Grad. Daraus ergeben sich folgende Kosten pro m³: 13,4 × 1,0 / (1,27 × 60) = 0,176 Yuan/m³. Bei einem tatsächlichen Verbrauch von 0,5 m³ Gas pro Minute und einer Betriebsdauer der Laserschneidmaschine von 8 Stunden täglich beträgt die tägliche Kostenersparnis durch das Schneiden mit Druckluft im Vergleich zum Schneiden mit Stickstoff: (1,75 × 0,176) × 8 × 60 × 0,5 = 378 Yuan. Bei einem Betrieb der Laserschneidmaschine an 300 Tagen im Jahr können die Gaskosten jährlich um 378 × 300 = 113.400 Yuan gesenkt werden. Daher ist das Schneiden mit Druckluft anstelle von Stickstoff sehr wirtschaftlich und praktisch.

Die Technologie für Laserschneidmaschinen in China hat in den letzten Jahren einen Durchbruch erlebt und sich in Richtung hoher Leistung, hoher Präzision und großer Bearbeitungsfläche entwickelt. Vor dem Hintergrund der intelligenten Fertigung in China vollzieht sich in diesem Industriesektor ein Wandel von traditionellen Bearbeitungsverfahren hin zur High-End-Fertigung. Der Markt für Laserschneiden in China wird weiterhin rasant wachsen, was ein großes Marktpotenzial für Laser-Luftkompressoren eröffnet.