DE102015105246A1 - Method and device for cutting metallic workpieces from a plate-shaped material - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden metallischer Werkstücke (16) aus einem plattenförmigen Material (7) in einem Laser-Brennschneidprozess, bei dem ein Laserstrahl (6) mit einem Sauerstoff-Prozessgasstrahl (22) durch eine Schneiddüse (20) an einem Bearbeitungskopf (4) auf einen Bearbeitungsort (B) am plattenförmigen Material (7) gerichtet und eingestochen wird, bei dem der Laserstrahl (6) mit dem Prozessgasstrahl (22) über das plattenförmige Material (7) bewegt wird, so dass ein durchgängiger Schnittspalt (9) gebildet und das Werkstück (16) aus dem plattenförmigen Material (7) unter Bildung eines Restgitters (8) herausgetrennt wird, wobei während des Schneidprozesses zumindest zeitweise ein vom Prozessgas (10) abweichendes Fremdgas (14) dem Bearbeitungsort (B) zugeführt wird, und während der Dauer der Zuführung des Fremdgases im Schnittspalt (9) Schlacke gebildet wird, welche im Schnittspalt (9) verbleibt und diesen teilweise schließt, so dass das freigeschnittene Werkstück (16) im Restgitter (8) gehalten wird. Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Laserschneidmaschine.The invention relates to a method for cutting metallic workpieces (16) from a plate-shaped material (7) in a laser cutting process, in which a laser beam (6) with an oxygen process gas jet (22) through a cutting nozzle (20) on a machining head (20). 4) is directed and pierced onto a processing location (B) on the plate-shaped material (7), in which the laser beam (6) is moved with the process gas jet (22) over the plate-shaped material (7), so that a continuous cutting gap (9) formed and the workpiece (16) from the plate-shaped material (7) is separated out to form a residual grid (8), during the cutting process, at least temporarily from the process gas (10) deviating foreign gas (14) is supplied to the processing site (B), and during the period of supply of the foreign gas in the kerf (9) slag is formed, which remains in the kerf (9) and this partially closes, so that the geschesch nittene workpiece (16) in the skeleton grid (8) is held. The invention also relates to a laser cutting machine suitable for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden metallischer Werkstücke aus einem plattenförmigen Material in einem Laser-Brennschneidprozess, bei dem ein Laserstrahl mit einem Sauerstoff-Prozessgasstrahl durch eine Schneiddüse an einem Bearbeitungskopf einer Laserschneidmaschine auf einen Bearbeitungsort am Werkstück gerichtet und eingestochen sowie der Laserstrahl mit dem Prozessgasstrahl über das Werkstück bewegt wird, so dass ein durchgängiger Schnittspalt gebildet und das Werkstück aus dem plattenförmigen Material unter Bildung eines Restgitters herausgetrennt wird. Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Laserschneidmaschine.The invention relates to a method for cutting metallic workpieces from a plate-shaped material in a laser cutting process, in which a laser beam with an oxygen process gas jet through a cutting nozzle on a processing head of a laser cutting machine and directed at a processing location on the workpiece and the laser beam with the process gas jet is moved over the workpiece, so that a continuous kerf formed and the workpiece is separated from the plate-shaped material to form a residual grid. The invention also relates to a laser cutting machine suitable for carrying out the method.

Beim Laserschneiden plattenförmiger Materialien, unter denen im Sinne der Anmeldung auch dreidimensional geformte Materialien mit größerer Ausdehnung als Dicke verstanden werden, können freigeschnittene Teile aufgrund ihrer Geometrie oder einer unzureichenden Unterstützung durch die Werkstückauflage verkippen. Das führt zu einem erhöhten Kollisionsrisiko für den Bearbeitungskopf sowie einer verminderten Schneidqualität am Schnittende und erschwert das automatisierte Entladen eines geschnittenen plattenförmigen Materials, also dem zumindest einen Werkstück und dem gebildeten Restgitter.When laser cutting plate-shaped materials, which in the context of the application also three-dimensionally shaped materials are understood to be greater than thickness, free-cutting parts can tilt due to their geometry or insufficient support of the workpiece support. This leads to an increased risk of collision for the machining head and a reduced cutting quality at the cutting end and makes it difficult to automatically unload a cut plate-shaped material, ie the at least one workpiece and the residual grid formed.

Um das Verkippen geschnittener Werkstücke im Restgitter zu vermeiden, ist es bekannt, den Schnitt der Kontur nicht vollständig zu beenden, sondern einen Steg auszusparen (sogenannter Microjoint), der das Werkstück mit dem Restgitter verbindet. Alternativ kann der Schnittspalt nachträglich mit Hilfe eines kurzen Laserpulses wieder verschweißt werden (sogenannte Microwelds). Üblicherweise werden die Microjoints oder Microwelds in einem separaten Prozessschritt nach dem Entladen des plattenförmigen Materials aus der Laserschneidmaschine aufgetrennt. Dies kann durch manuelles Ausbrechen, Vibrationen oder auch durch einen erneuten Laserschneidprozess erfolgen. Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass zumindest beim mechanischen Trennen der Microjoints oder Microwelds sichtbare Spuren an der Schneidkante zurückbleiben.In order to avoid the tilting of cut workpieces in the skeletal grid, it is known not to complete the cut of the contour completely, but to save a bridge (so-called microjoint), which connects the workpiece with the skeleton. Alternatively, the kerf can be subsequently rewelded using a short laser pulse (so-called microwelds). Usually, the microjoints or microwelds are separated in a separate process step after unloading the plate-shaped material from the laser cutting machine. This can be done by manual breaking, vibration or by a new laser cutting process. A disadvantage of this method is that visible traces remain on the cutting edge, at least during the mechanical separation of the micro joints or microwells.

In der WO2010097761A1 wurde daher alternativ vorgeschlagen, freigeschnittene Werkstücke durch Einbringen eines Klebers im Restgitter zu fixieren, da sich der Kleber anschließend leichter und rückstandsfrei entfernen lässt. Außerdem ist beispielsweise aus der JPH03138027A bekannt, freigeschnittene Werkstücke mit Hilfe von Klebeband im Restgitter zu halten.In the WO2010097761A1 Therefore, it was proposed alternatively to fix cut-free workpieces by introducing an adhesive in the skeletal grid, since the adhesive can then be removed more easily and without residue. Moreover, for example, from the JPH03138027A Known to keep cut workpieces with the help of adhesive tape in the skeleton.

Aus der DE4131650C2 ist ein Verfahren zum Drahterodieren bekannt, bei dem durch gezielte Beeinflussung der Erosionsparameter die Erosionsvorgänge so verändert werden, dass physikalisch-chemische Vorgänge einsetzen, deren Folge Ablagerungen im Erosionsspalt sind. Diese Ablagerungen können so erzeugt werden, dass sie das geschnittene Werkstück im Restgitter halten. Die Ablagerungen entstammen dabei dem Drahtmaterial des Erodierdrahtes.From the DE4131650C2 a method for wire EDM is known in which by selectively influencing the erosion parameters, the erosion processes are changed so that use physico-chemical processes, the result of deposits in the erosion gap. These deposits can be generated so that they keep the cut workpiece in the skeleton. The deposits originate from the wire material of the erosion wire.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Laser-Brennschneiden ein einfaches Verfahren bereitzustellen, um das Verkippen freigeschnittener Werkstücke im Restgitter (Restwerkstück) zu verhindern.The invention has for its object to provide for the laser flame cutting a simple method to prevent the tilting of cut workpieces in the skeleton (residual workpiece).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem während des Schneidprozesses gezielt zumindest zeitweise ein vom Prozessgas Sauerstoff abweichendes Fremdgas dem Bearbeitungsort am plattenförmigen Material zugeführt und während der Dauer der Zuführung des Fremdgases in dem Schnittspalt Schlacke gebildet wird, welche im Schnittspalt zumindest teilweise verbleibt und diesen schließt, wodurch das freigeschnittene Werkstück im Restgitter (Restwerkstück) gehalten wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden weder Mikrojoints noch Microwelds benötigt, um das freigeschnittene Werkstück zum Restgitter ohne Verkippen zu fixieren. Dies weist den Vorteil auf, dass freigeschnittene Werkstücke leicht lösbar im Restgitter gehalten werden und mit nur geringer Krafteinwirkung aus dem Restgitter gelöst werden können. Dadurch verbleiben nach dem Trennen der Werkstücke aus dem Restgitter keine Ansatzmarken oder Rückstände an der Schneidkante der Werkstücke. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass entgegen der bisherigen Vorgehensweise, Sauerstoff möglichst hoher Reinheit zum Laser-Brennschneiden einzusetzen, durch die Beimischung von einem Fremdgas zum Prozessgas die Oxidationsbedingungen am Prozessort beziehungsweise Bearbeitungsort gezielt zur Schlackebildung in dem Schnittspalt beeinflusst werden können, so dass die gebildete Schlacke im Schnittspalt verbleibt und das freigeschnittene Werkstück im Restgitter hält. Durch die verbleibende Schlacke wird der Schnittspalt zumindest teilweise ausgefüllt, und es wird zumindest ein Steg ausgebildet, durch welchen oder welche das Werkstück zum Restgitter verkippungsfrei gehalten wird oder werden. The object underlying the invention is achieved by a method in which targeted during the cutting process at least temporarily a deviating from the process gas oxygen foreign gas supplied to the processing site on the plate-shaped material and during the period of supply of foreign gas in the cutting gap slag is formed, which in the kerf at least partially remains and this closes, whereby the cut workpiece is held in the skeleton (remnant workpiece). The method according to the invention requires neither micro joints nor microwelds in order to fix the cut-free workpiece to the residual grid without tilting. This has the advantage that free-cut workpieces are easily releasably held in the skeleton and can be solved with little force from the skeleton. As a result, after the workpieces have been separated from the residual grid, no neck marks or residues remain on the cutting edge of the workpieces. According to the invention, it has been recognized that, contrary to the previous procedure, to use oxygen of as high purity as possible for laser flame cutting, the oxidation conditions at the processing location or processing location can be specifically influenced to form slag in the kerf through the addition of a foreign gas to the process gas, so that the slag formed in the Cutting gap remains and the cut workpiece holds in the skeleton. The remaining slag at least partially fills the cutting gap, and at least one web is formed, through which or which the workpiece is or will be kept tilt-free relative to the residual grid.

Vorzugsweise werden die Bearbeitungsparameter (vor allem Gasdruck, Fremdgasmenge und Laserleistung) so gewählt oder angepasst, dass von einer Austrittseite des Laserstrahls aus dem vorzugsweise plattenförmigen Material im Schnittspalt beginnend und nur teilweise über die Höhe des Schnittspaltes sich ersteckend ein aus Schlacke bestehender Steg gebildet wird. Die Auswahl der Bearbeitungsparameter bewirkt also, dass die Schlacke nur im unteren Bereich der Schnittkante erzeugt wird. Dadurch fällt das spätere Ausbrechen des Werkstücks leichter und es bleibt keine Marke auf der Schnittkante sichtbar, da die prozesstypische Oxidschicht auf der Schnittkante im unteren Bereich der Schnittkante am dicksten ist und sich am leichtesten löst.Preferably, the processing parameters (especially gas pressure, amount of foreign gas and laser power) are chosen or adjusted so that from an exit side of the laser beam from the preferably plate-shaped material in the kerf starting and only partially over the height of the kerf is ersteckend a slag existing web is formed. The selection of the processing parameters thus causes the slag is generated only in the lower part of the cutting edge. As a result, the later breaking-out of the workpiece is easier and no mark remains visible on the cut edge, since the process-typical oxide layer on the cut edge in the lower region of the cut edge is the thickest and easiest to loosen.

Bevorzugt wird während einer Verfahrbewegung des Bearbeitungskopfes zum Herstellen des Schnittspaltes durch die Dauer der Zuführung des Fremdgases die Länge der sich in dem Schnittspalt aus Schlacke gebildeten Stege bestimmt. Dadurch kann in Abhängigkeit von der Stärke des Plattenmaterials und/oder der Größe des Werkstücks die Länge der Stege festgelegt werden, um eine hinreichende Fixierung des geschnittenen Werkstücks im Restgitter sicherzustellen, so dass ein einfaches Entladen aus einer Bearbeitungsmaschine ermöglicht wird. Bevorzugt wird die Zuführung des Fremdgases in vorbestimmten zeitlichen Intervallen oder dauerhaft zugeführt. Dadurch kann die Länge der Stege aus Schlacke bestimmt werden. Beim Schneiden von dünnen Werkstücken erfolgt dabei die Zumischung des Fremdgases mit kürzerer Dauer als beim Schneiden von Werkstücken höherer Dicke und es werden nur kurze und wenige Schlackestege gebildet. Bei kleinen Werkstücken geringer Dicke kann ein einzelner Schlackesteg ausreichend sein. Bei dickeren Werkstücken werden mehr oder längere Schlackestege erzeugt, um eine höhere Haltekraft aufzubringen.During a movement of the machining head to produce the cutting gap, the length of the webs formed in the cutting gap of slag is preferably determined by the duration of the supply of the foreign gas. Thereby, depending on the thickness of the plate material and / or the size of the workpiece, the length of the webs can be set to ensure a sufficient fixation of the cut workpiece in the skeleton, so that a simple unloading from a processing machine is made possible. Preferably, the supply of the foreign gas at predetermined time intervals or permanently supplied. As a result, the length of the webs of slag can be determined. When cutting thin workpieces while the mixing of the foreign gas takes place with a shorter duration than when cutting workpieces of higher thickness and only short and few slag webs are formed. For small workpieces of small thickness, a single slag web can be sufficient. For thicker workpieces more or longer slag webs are generated to apply a higher holding force.

Beim Laser-Brennschneiden wird parallel oder koaxial zum Laserstrahl ein Prozessgasstrahl durch die Schneiddüse am Bearbeitungskopf ausgegeben. Als Prozessgas wird Sauerstoff mit einem hohen Reinheitsgrad verwendet, um den Prozessgasstrahl zu bilden. Die Zuführung von Fremdgas führt zur gezielten Verunreinigung des Prozessgasstrahles, wodurch die Oxidationsbedingungen am Prozessort geändert und die Schlackebildung bewirkt wird. Als Fremdgas wird bevorzugt Stickstoff, ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch (zum Beispiel Druckluft), Wasserstoff oder ein Edelgas eingesetzt. Durch die Wahl des Fremdgases kann auch die Festigkeit der Schlacke beeinflusst werden, so dass das Werkstück sicher am Restgitter gehalten wird und gleichzeitig eine rückstandsfreie Entfernung der Schlacke nach dem Entformen des Werkstücks aus dem Restgitter gewährleistet ist. In laser flame cutting, a process gas jet is emitted through the cutting nozzle on the machining head in parallel or coaxial with the laser beam. As a process gas, oxygen with a high degree of purity is used to form the process gas jet. The supply of foreign gas leads to the targeted contamination of the process gas jet, whereby the oxidation conditions are changed at the processing site and the slag formation is effected. Nitrogen, a nitrogen-oxygen mixture (for example compressed air), hydrogen or a noble gas is preferably used as the foreign gas. By choosing the foreign gas and the strength of the slag can be influenced, so that the workpiece is securely held on the skeleton and at the same time a residue-free removal of the slag is ensured after demolding of the workpiece from the skeleton.

Bevorzugt beträgt der Anteil des zugeführten Fremdgases weniger als drei, vorzugsweise weniger als ein Prozent des zugeführten Prozessgases. Es genügen bereits geringste Mengen an Fremdgas zur Förderung der Schlackenbildung. Für eine möglichst rückstandsfreie Entfernung der Schlacke wird der Fremdgasanteil sehr gering gewählt. Mit steigendem Anteil des Fremdgases steigen die Festigkeit der Schlacke und damit die Haltekraft für die Werkstücke im Restgitter, so dass über die Dosierung des Fremdgases die Haltekraft steuerbar ist. Mit zunehmender Dicke der Werkstücke wird daher die Dosierung des Fremdgases erhöht.Preferably, the proportion of the supplied foreign gas is less than three, preferably less than one percent of the supplied process gas. It is sufficient even the smallest amounts of foreign gas to promote slag formation. For as far as possible residue-free removal of the slag, the foreign gas content is chosen to be very low. With increasing proportion of the foreign gas, the strength of the slag and thus the holding force for the workpieces in the skeleton, so that on the dosage of the foreign gas, the holding force is controllable. With increasing thickness of the workpieces therefore the dosage of the foreign gas is increased.

Des Weiteren wird das Fremdgas bevorzugt durch die Schneiddüse am Bearbeitungskopf oder durch eine auf den Bearbeitungsort gerichtete Fremdgasdüse zugeführt. Dadurch können ohne eine Einflussnahme auf die Prozessparameter für das Laser-Brennschneiden und die Zuführung des Laserstrahls mit dem Prozessgasstrahl die Oxidationsbedingungen am Prozessort geändert werden. Furthermore, the foreign gas is preferably supplied through the cutting nozzle at the machining head or through an external gas nozzle directed at the machining location. As a result, the oxidation conditions at the processor site can be changed without influencing the process parameters for the laser flame cutting and the supply of the laser beam with the process gas jet.

Des Weiteren wird bevorzugt durch eine auf das Restgitter oder das zumindest eine freigeschnittene Werkstück einwirkende mechanische Beanspruchung der zumindest eine durch die Schlacke gebildete Steg gelöst. Der beziehungsweise die Stege, die aus der spröden Schlacke gebildet werden, platzen bei einer mechanischen Beanspruchung leicht ab, so dass keine Ansatzmarken an dem Werkstück verbleiben. Das Restgitter kann also mit dem zumindest einen freigeschnittenen Werkstück gemeinsam von der Werkstückauflage der Laserschneidmaschine oder einer Entladestation entnommen werden, und erst danach kann durch Erschütterung oder manuelles Ausbrechen ein Lösen der Stege bewirkt werden.Furthermore, the at least one web formed by the slag is preferably released by a mechanical stress acting on the residual grid or the at least one free-cutting workpiece. The or the webs, which are formed from the brittle slag, burst under a mechanical stress slightly, so that no neck marks remain on the workpiece. The residual grid can thus be removed together with the at least one cut-free workpiece from the workpiece support of the laser cutting machine or an unloading station, and only then can be caused by vibration or manual breaking loosening of the webs.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described in more detail below with reference to the examples shown in the drawings and explained. The features to be taken from the description and the drawings can be applied individually according to the invention individually or in combination in any combination. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsmaschine, 1 a schematic representation of a laser processing machine,

2 eine schematische Ansicht auf ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Werkstück aus einem plattenförmigen Material, welches durch Stege aus Schlacke im Restgitter gehalten wird, 2 1 is a schematic view of a workpiece produced by the method according to the invention from a plate-shaped material which is held in the skeleton by slabs of slag;

3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2, 3 a schematic sectional view taken along the line II-II in 2 .

4 eine schematische Ansicht auf ein Restgitter mit einem freigeschnittenen Werkstück bei der Entformung und 4 a schematic view of a skeleton with a cut workpiece during demolding and

5 eine schematisch vergrößerte Detailansicht eines zum Bearbeitungsort ausgerichteten Bearbeitungskopfes mit einem Fremdgas. 5 a schematic enlarged detail view of a machining location aligned machining head with a foreign gas.

Die 1 zeigt als Beispiel für eine Laserschneidmaschine 1 eine CO2-Laserschneidmaschine zum Laser-Brennschneiden mit einer CO2-Laserquelle, einem Bearbeitungskopf 4 und einer Werkstückauflage 5. Ein von der Laserquelle 2 beziehungsweise einem in der Laserquelle 2 vorhandenen Resonator erzeugter Laserstrahl 6 wird mittels einer Strahlführung 3 von (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln zum Bearbeitungskopf 4 geführt und in diesem fokussiert sowie mit Hilfe von in 1 ebenfalls nicht bildlich dargestellten Spiegeln senkrecht zur Oberfläche 8a eines plattenförmigen Materials 7 ausgerichtet. Die Strahlachse (optische Achse) des Laserstrahls 6 verläuft senkrecht zur Oberfläche 8a des plattenförmigen Materials 7. Der Laserstrahl wirkt am Prozessort B gemeinsam mit einem Sauerstoff-Prozessgasstrahl 22 auf das plattenförmige Material 7 ein. Alternativ kann die Laserschneidmaschine 1 einen Festkörperlaser als Laserquelle aufweisen, dessen Strahlung mit Hilfe eines Lichtleitkabels zum Laserbearbeitungskopf geführt wird. The 1 shows as an example of a laser cutting machine 1 a CO 2 laser cutting machine to the laser-flame cutting with a CO 2 laser source, a processing head 4 and a workpiece support 5 , One from the laser source 2 or one in the laser source 2 existing resonator generated laser beam 6 is by means of a beam guide 3 from deflecting mirrors (not shown) to the machining head 4 guided and focused in this, as well as with the help of in 1 also not pictorially represented mirrors perpendicular to the surface 8a a plate-shaped material 7 aligned. The beam axis (optical axis) of the laser beam 6 runs perpendicular to the surface 8a of the plate-shaped material 7 , The laser beam acts at the processor B together with an oxygen process gas jet 22 on the plate-shaped material 7 one. Alternatively, the laser cutting machine 1 have a solid-state laser as a laser source whose radiation is guided by means of a light guide cable to the laser processing head.

Zum Laserbrennschneiden des plattenförmigen Materials 7 wird mit dem Laserstrahl 6 unter Zuführung von Sauerstoff als Prozessgas 10 zunächst eingestochen, das heißt, das plattenförmige Material 7 wird an einer Stelle punktförmig aufgeschmolzen und durch eine exotherme Reaktion oxidiert. Nachfolgend wird der Laserstrahl 6 über das plattenförmige Material 7 bewegt, so dass ein durchgängiger Schnittspalt 9 entsteht, an dem der Laserstrahl 6 das plattenförmige Material durchtrennt, wodurch zumindest ein freigeschnittenes Werkstück 16 im Restgitter 8 entsteht (2). Sowohl das Einstechen als auch das Laser-Brennschneiden erfolgt unter Einwirkung von Sauerstoff als Prozessgas. Der Prozessgasstrahl 22 wird parallel oder koaxial zum Laserstrahl 6 zugeführt. Für das Laser-Brennschneiden wird üblicherweise Sauerstoff möglichst hoher Reinheit mit einem Gasdruck von 0,4 bar bis 5 bar als Prozessgas zugeführt. For laser-cutting the plate-shaped material 7 becomes with the laser beam 6 while supplying oxygen as a process gas 10 first pierced, that is, the plate-shaped material 7 is melted punctiform at one point and oxidized by an exothermic reaction. The following is the laser beam 6 over the plate-shaped material 7 moves, leaving a continuous kerf 9 arises at which the laser beam 6 the plate-shaped material is severed, whereby at least one cut-free workpiece 16 in the skeleton 8th arises ( 2 ). Both the piercing and the laser flame cutting takes place under the action of oxygen as a process gas. The process gas jet 22 becomes parallel or coaxial to the laser beam 6 fed. For the laser flame cutting usually oxygen as high purity with a gas pressure of 0.4 bar to 5 bar is supplied as a process gas.

Die während dem Einstechen und Laserbrennschneiden entstehenden Partikel und Gase können mit Hilfe einer Absaugeinrichtung 11 aus einer Absaugkammer 12 abgesaugt werden.The particles and gases produced during piercing and laser cutting can be removed by means of a suction device 11 from a suction chamber 12 be sucked off.

Die Ansteuerung der Laserschneidmaschine 1 erfolgt über eine Maschinen-Steuerungseinrichtung 21, wobei die Maschinen-Steuerungseinrichtung 21 den Einstechvorgang steuert und die weiteren Steueraufgaben für die Laserschneidmaschine 1 zur Bildung des Schnittspaltes 9 übernimmt. Die Maschinen-Steuerungseinrichtung 21 steht mit einer Lasersteuerungseinrichtung 2a in signaltechnischer Verbindung, die typischerweise in die Laserquelle 2 integriert ist. The control of the laser cutting machine 1 via a machine control device 21 , wherein the machine control device 21 controls the piercing process and the other control tasks for the laser cutting machine 1 for the formation of the kerf 9 takes over. The machine control device 21 stands with a laser control device 2a in signaling connection, typically in the laser source 2 is integrated.

Während der Herstellung des Schnittspaltes 9 wird dem Prozessgas Sauerstoff zumindest zeitweise ein Fremdgas 14 zugeführt. Beispielsweise kann über eine separate Zuführleitung 15, die zum Bearbeitungskopf 4 führt, das Fremdgas 14 der Schneiddüse 20 des Bearbeitungskopfes 4 zugeführt werden. Als Fremdgas können Stickstoff, Wasserstoff, ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch – also z.B. Druckluft – oder Edelgase, wie Helium oder Argon zugeführt werden.During the production of the kerf 9 At least temporarily, the process gas oxygen becomes a foreign gas 14 fed. For example, via a separate feed line 15 leading to the machining head 4 leads, the foreign gas 14 the cutting nozzle 20 of the machining head 4 be supplied. As a foreign gas, nitrogen, hydrogen, a nitrogen-oxygen mixture - eg compressed air - or noble gases, such as helium or argon can be supplied.

Durch die zumindest zeitweise Zuführung von Fremdgas 14 zum Prozessgas 10 ändern sich die Oxidationsbedingungen am Bearbeitungsort B, wodurch eine gezielte Schlackebildung in dem Schnittspalt 9 erreicht wird. Kleine Verunreinigungen des Prozessgases führen zur Beeinträchtigung der Schneidqualität, die sich in Form von Schlackebildung im und unterhalb des Schnittspaltes 9 äußert. Diese Schlackebildung wird nunmehr dazu genutzt, um innerhalb des Schnittspaltes 9 ein oder mehrere Stege 18 aus sich ansammelnder Schlacke im Schnittspalt 9 auszubilden. Die Schlacke haftet im Schnittspalt 9 sowohl an dem Restgitter 8 als auch dem geschnittenen Werkstück an, wodurch die Stege 18 ausgebildet werden. Durch die Stege 18 wird das Werkstück 16 im Restgitter 8 gehalten.By the at least temporary supply of foreign gas 14 to the process gas 10 change the oxidation conditions at the processing site B, creating a targeted slag formation in the kerf 9 is reached. Small impurities in the process gas lead to impairment of the cutting quality, which results in slag formation in and below the kerf 9 manifests. This slag formation is now used to within the kerf 9 one or more bars 18 from accumulating slag in the kerf 9 train. The slag adheres in the kerf 9 both on the skeleton 8th as well as the cut workpiece, whereby the webs 18 be formed. Through the bars 18 becomes the workpiece 16 in the skeleton 8th held.

Die Länge der sich entlang des Schnittspaltes 9 erstreckenden Stege 18 wird über die Dauer des zugeführten Fremdgases zum Prozessgas bestimmt. Dadurch lassen sich beispielsweise mehrere Stege 18 entlang des Schnittspalts 9 bilden, deren Länge und/oder Abstände durch die Zuführdauer des Fremdgases bestimmt werden können. Sowohl die Anzahl als auch die Länge der Stege 18 steht in Abhängigkeit von der Breite des Schnittspaltes 9, der Stärke des plattenförmigen Materials 7 und der Größe und Geometrie der zu schneidenden Werkstücke, um die erforderliche Haltekraft zur Positionierung der freigeschnittenen Werkstücke 16 innerhalb des Restgitters 8 sicherzustellen. Durch die Ausbildung der Stege 18 aus Schlacke kann das freigeschnittene Werkstück 16 gesichert zum Restgitter 8 aufgenommen werden, um ein Kippen des Werkstücks 16 aus dem Restgitter 8 während des Schneidprozesses oder während des Entladens zu verhindern.The length of itself along the kerf 9 extending webs 18 is determined over the duration of the supplied foreign gas to the process gas. This allows, for example, a plurality of webs 18 along the cutting gap 9 form whose length and / or distances can be determined by the supply duration of the foreign gas. Both the number and the length of the bars 18 is dependent on the width of the kerf 9 , the thickness of the plate-like material 7 and the size and geometry of the workpieces to be cut to the required holding force for positioning the cut workpieces 16 within the rest grid 8th sure. By the formation of the webs 18 from slag can the cut workpiece 16 secured to the skeleton 8th be picked up to tilt the workpiece 16 from the skeleton 8th during the cutting process or during unloading.

In 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2 dargestellt. Daraus geht eine bevorzugte Ausgestaltung von dem zumindest einen Steg 18 im Schnittspalt 9 hervor. Der Steg 18 erstreckt sich nur teilweise über die Höhe des Schnittspaltes 9 beziehungsweise die Dicke des insbesondere plattenförmigen Materials 7. Durch die Auswahl und Einstellung von Bearbeitungsparametern des Laserstrahls 6 und/oder des Sauerstoff-Prozessgasstrahls 22 und/oder des Fremdgasstrahls 14, 23 kann die Schlacke ausgehend von einer Austrittsseite des Laserstrahls 6 aus dem Material 7 im Schnittspalt 9 anwachsen. Der Steg 18 wächst also von einer unteren Schnittkante 26 im geschnittenen Material 7 nach oben in Richtung auf eine obere Schnittkante 27 des Materials 7. Dabei kann sich der Steg 18 aus Schlacke bevorzugt nur teilweise über die Höhe des Schnittspaltes 9 erstrecken, wodurch ein Lösen des Steges 18 beim Entformen des geschnittenen Werkstücks 16 aus dem Restgitter 8 erleichtert ist.In 3 is a schematic sectional view taken along the line II-II in 2 shown. This is a preferred embodiment of the at least one web 18 in the kerf 9 out. The jetty 18 only partially extends over the height of the kerf 9 or the thickness of the particular plate-shaped material 7 , By selecting and setting machining parameters of the laser beam 6 and / or the oxygen process gas jet 22 and / or the foreign gas jet 14 . 23 For example, the slag may be starting from an exit side of the laser beam 6 from the material 7 in the kerf 9 grow. The jetty 18 So it grows from a lower cut edge 26 in the cut material 7 upwards towards an upper one cutting edge 27 of the material 7 , This can be the bridge 18 from slag prefers only partially over the height of the kerf 9 extend, causing a release of the web 18 during removal of the cut workpiece 16 from the skeleton 8th is relieved.

Während der Zuführung des Fremdgases zum Bearbeitungsort B können vorteilhafterweise die übrigen Prozessparameter für das Laser-Brennschneiden, wie beispielsweise Schneidgeschwindigkeit, Laserleistung oder dergleichen, unverändert bleiben.During the supply of the foreign gas to the processing site B, the remaining process parameters for the laser flame cutting, such as, for example, cutting speed, laser power or the like, can advantageously remain unchanged.

Zum Entformen des geschnittenen Werkstücks 16 aus dem Restgitter 8 genügt es beispielsweise, mit einer mechanischen Beanspruchung auf das Restgitter 8 und/oder Werkstück 16 einzuwirken, wodurch der oder die Stege 18 abplatzen und sich aus dem Schnittspalt 9 entfernen, wie dies in 4 dargestellt ist. Zumindest werden jedoch die Stege 18 zerstört, so dass eine anschließende einfache Entnahme des freigeschnittenen Werkstücks 16 aus dem Restgitter 8 ermöglicht wird.For demolding the cut workpiece 16 from the skeleton 8th it is sufficient, for example, with a mechanical stress on the skeleton 8th and / or workpiece 16 to act, causing the web or bars 18 flake off and get out of the kerf 9 remove as in 4 is shown. At least, however, the webs 18 destroyed, allowing a subsequent easy removal of the cut workpiece 16 from the skeleton 8th is possible.

In 5 ist eine alternative Ausführungsform zur Zuführung des Fremdgases 14 zum Prozessgasstrahl 22 dargestellt. Am Bearbeitungskopf 4 ist eine zusätzliche Fremdgasdüse 24 vorgesehen, durch welche ein Fremdgasstrahl 23 an den Bearbeitungsort B zugeführt wird, um die Oxidationsbedingungen am Bearbeitungsort B zu ändern. Der Fremdgasstrahl 23 wird schräg unter einem Winkel α, der nicht gleich 0° oder 180° ist, zur Strahlrichtung Z des Laserstrahls 6 zugeführt. Die Maschinen-Steuerungseinrichtung 21 aktiviert die Fremdgasdüse 24 und steuert auch den Druck an, mit welchem der Fremdgasstrahl 23 zum Bearbeitungsort B strömt.In 5 is an alternative embodiment for supplying the foreign gas 14 to the process gas jet 22 shown. At the processing head 4 is an additional foreign gas nozzle 24 provided by which a foreign gas jet 23 is supplied to the processing site B to change the oxidation conditions at the processing site B. The foreign gas jet 23 is inclined at an angle α, which is not equal to 0 ° or 180 °, to the beam direction Z of the laser beam 6 fed. The machine control device 21 activates the foreign gas nozzle 24 and also controls the pressure with which the foreign gas jet 23 flows to the processing site B.

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Claims (10)

Verfahren zum Schneiden metallischer Werkstücke (16) aus einem insbesondere plattenförmigen Material (7) durch einen Laser-Brennschneidprozess in einer Laserschneidmaschine (1), – bei dem ein Laserstrahl (6) mit einem Sauerstoff-Prozessgasstrahl (22) durch eine Schneiddüse (20) an einem Bearbeitungskopf (4) auf einen Bearbeitungsort (B) am plattenförmigen Material (7) gerichtet und eingestochen wird, – bei dem der Laserstrahl (6) mit dem Sauerstoff-Prozessgasstrahl (22) über das plattenförmige Material (7) bewegt wird, so dass ein durchgängiger Schnittspalt (9) gebildet und ein Werkstück (16) aus dem plattenförmigen Material (7) unter Bildung eines Restgitters (8) herausgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass während des Schneidprozesses zumindest zeitweise ein vom Sauerstoff-Prozessgas (10) abweichendes Fremdgas (14) dem Bearbeitungsort (B) zugeführt wird, und – dass während der Dauer der Zuführung des Fremdgases (14) im Schnittspalt (9) Schlacke gebildet wird, welche im Schnittspalt (9) verbleibt und diesen zumindest teilweise schließt, so dass das freigeschnittene Werkstück (16) im Restgitter (8) gehalten wird.Method for cutting metallic workpieces ( 16 ) of a particular plate-shaped material ( 7 ) by a laser cutting process in a laser cutting machine ( 1 ), - in which a laser beam ( 6 ) with an oxygen process gas jet ( 22 ) through a cutting nozzle ( 20 ) on a processing head ( 4 ) to a processing location (B) on the plate-shaped material ( 7 ) and pierced, - in which the laser beam ( 6 ) with the oxygen process gas jet ( 22 ) over the plate-shaped material ( 7 ) is moved, so that a continuous kerf ( 9 ) and a workpiece ( 16 ) from the plate-shaped material ( 7 ) to form a residual lattice ( 8th ), characterized in that - during the cutting process, at least at times, one of the oxygen process gas ( 10 ) deviating foreign gas ( 14 ) is supplied to the processing site (B), and - that during the duration of the supply of the foreign gas ( 14 ) in the kerf ( 9 ) Slag is formed, which in the kerf ( 9 ) remains and this at least partially closes, so that the cut-free workpiece ( 16 ) in the skeleton ( 8th ) is held. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsparameter zur Ansteuerung des Laserstrahls (6), des Sauerstoff-Prozessgasstrahls (22) und/oder des Fremdgasstrahls (14) an das zu schneidende Material (7) angepasst werden, so dass von einer Austrittseite des Laserstrahls (6) aus dem zu schneidenden Material (7) im Schnittspalt (9) beginnend und nur teilweise über die Höhe des Schnittspaltes (9) sich erstreckend ein aus Schlacke bestehender Steg (18) gebildet wird. A method according to claim 1, characterized in that the processing parameters for driving the laser beam ( 6 ), the oxygen process gas jet ( 22 ) and / or the foreign gas jet ( 14 ) to the material to be cut ( 7 ) are adapted so that from an exit side of the laser beam ( 6 ) from the material to be cut ( 7 ) in the kerf ( 9 ) and only partially over the height of the kerf ( 9 ) extending a slag consisting of slag ( 18 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Verfahrbewegung des Bearbeitungskopfes (4) durch die Dauer der Zuführung des Fremdgases zum Bearbeitungsort (B) die Länge eines sich im Schnittspalt (9) aus Schlacke bildenden Steges (18) zur Fixierung des freigeschnittenen Werkstücks (16) im Restgitter (8) bestimmt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that during a movement movement of the machining head ( 4 ) by the duration of the supply of foreign gas to the processing site (B) the length of a in the kerf ( 9 ) from slag forming web ( 18 ) for fixing the cut-free workpiece ( 16 ) in the skeleton ( 8th ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fremdgas (14) in vorbestimmten zeitlichen Intervallen oder dauerhaft zum Bearbeitungsort (B) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the foreign gas ( 14 ) is supplied at predetermined time intervals or permanently to the processing site (B). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fremdgas (14) Stickstoff, ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch, Wasserstoff oder ein Edelgas zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as foreign gas ( 14 ) Nitrogen, a nitrogen-oxygen mixture, hydrogen or a noble gas is supplied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus dem Prozessgas (10) gebildeten Prozessgasstrahl (22) ein Volumenanteil von weniger als 3 %, insbesondere von weniger als 1 % an Fremdgas (14) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the from the process gas ( 10 ) formed process gas jet ( 22 ) has a volume fraction of less than 3%, in particular less than 1% of foreign gas ( 14 ) is supplied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fremdgas (14) durch die Schneiddüse (20) am Bearbeitungskopf (4) oder durch einen auf den Bearbeitungsort (B) gerichteten Fremdgasstrahl (23) aus einer Fremdgasdüse (24) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the foreign gas ( 14 ) through the cutting nozzle ( 20 ) on the machining head ( 4 ) or by a foreign gas jet directed to the processing location (B) ( 23 ) from a foreign gas nozzle ( 24 ) is supplied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schneiden des zumindest einen Werkstückes (16) aus dem plattenförmigen Material (7) das Restgitter (8) gemeinsam mit dem durch die Schlacke im Restgitter (8) gehaltenen zumindest einen Werkstück (16) aus der Laserschneidmaschine (1) entnommen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the cutting of the at least one workpiece ( 16 ) from the plate-shaped material ( 7 ) the skeleton ( 8th ) together with by the slag in the skeleton ( 8th ) held at least one workpiece ( 16 ) from the laser cutting machine ( 1 ) is taken. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine auf das Restgitter (8) oder das zumindest eine freigeschnittene Werkstück (16) einwirkende mechanische Beanspruchung zumindest ein durch die Schlacke gebildeter Steg (18) gelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by a on the skeleton grid ( 8th ) or the at least one cut-free workpiece ( 16 ) acting mechanical stress at least one formed by the slag web ( 18 ) is solved. Laserschneidmaschine (1) zum Schneiden metallischer Werkstücke (16) aus einem insbesondere plattenförmigen Material (7) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laserschneidmaschine (1) dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl (6) und einen Sauerstoff-Prozessgasstrahl (22) durch eine an einem Bearbeitungskopf (4) angeordnete Schneiddüse (20) auf einen Bearbeitungsort (B) am plattenförmigen Material (7) zu richten, dadurch gekennzeichnet, – dass die Laserschneidmaschine (1) eine Vorrichtung (15, 24) zur Zuführung eines vom Sauerstoff-Prozessgas (10) abweichenden Fremdgases (14) zum Bearbeitungsort (B), und – eine Steuerung (21) aufweist, die die Dauer der Zuführung und die Menge des Fremdgases (14) so steuert, dass im Schnittspalt (9) Schlacke gebildet wird, welche im Schnittspalt (9) verbleibt und diesen zumindest teilweise schließt, so dass das freigeschnittene Werkstück (16) im Restgitter (8) gehalten wird.Laser cutting machine ( 1 ) for cutting metallic workpieces ( 16 ) of a particular plate-shaped material ( 7 ) with a method according to one of the preceding claims, wherein the laser cutting machine ( 1 ) is adapted to a laser beam ( 6 ) and an oxygen process gas jet ( 22 ) by a on a processing head ( 4 ) arranged cutting nozzle ( 20 ) to a processing location (B) on the plate-shaped material ( 7 ), characterized in that - the laser cutting machine ( 1 ) a device ( 15 . 24 ) for supplying one of the oxygen process gas ( 10 ) deviating foreign gas ( 14 ) to the processing site (B), and - a controller ( 21 ), the duration of the supply and the amount of foreign gas ( 14 ) controls so that in the kerf ( 9 ) Slag is formed, which in the kerf ( 9 ) remains and this at least partially closes, so that the cut-free workpiece ( 16 ) in the skeleton ( 8th ) is held.
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