Конусность реза — физически неизбежное явление при лазерной резке металла. Луч лазера не бывает идеально параллельным: он сходится в фокус и расходится после него. В результате стенки реза всегда имеют наклон. В этой статье я, как технолог, разбираю что такое конусность, какие значения нормальны и как мы минимизируем её на волоконном лазере 3 кВт с точностью ±0.01 мм.

Что такое конусность и почему она возникает

Конусность — разница в ширине реза на верхней и нижней поверхности листа. Лазерный луч фокусируется линзой в пятно диаметром 0.1-0.3 мм. Выше и ниже фокальной плоскости луч расширяется — рез становится шире.

Фактор	Влияние	Диапазон
Толщина металла	Прямая зависимость	0.02 мм (1 мм) — 0.3 мм (20 мм)
Положение фокуса	Фокус в середине минимизирует конусность	±0.05 мм от смещения
Мощность лазера	Недостаток увеличивает угол расхождения	Заметно на 10+ мм
Тип газа	Азот даёт меньшую конусность чем кислород	Разница 0.02-0.05 мм

Физика проста: на входе луч сфокусирован до 0.1 мм. Пройдя 10 мм стали, луч рассеивается парами металла — пятно на выходе уже 0.25-0.30 мм. Разница 0.15-0.20 мм — конусность на 10 мм.

Нормы конусности — реальные цифры из цеха

За 500+ заказов мы измерили конусность на сотнях образцов.

Материал	1-3 мм	4-6 мм	8-12 мм	16-20 мм
Сталь Ст3, 09Г2С	0.01-0.03	0.03-0.08	0.08-0.20	0.15-0.30
Нержавейка AISI 304	0.02-0.05	0.05-0.10	0.10-0.25	—
Алюминий АД31	0.03-0.08	0.08-0.15	0.15-0.30	—

Для большинства задач конусность менее 0.1 мм (до 6 мм) незаметна. Проблемы начинаются когда отверстие под точную посадку на выходе меньше чем на входе — болт не входит. В этих случаях мы закладываем припуск на слесарную доработку.

Главный приём снижения конусности — фокусировка в нижнюю треть листа. На толщинах 8-20 мм это даёт снижение конусности на 30-40% по сравнению с центральной фокусировкой.

Практические советы

Указывайте критичные размеры в чертеже. Если отверстие под точную посадку — пометьте его. Мы скорректируем траекторию так чтобы именно это отверстие было в допуске.
Закладывайте припуск на мехобработку точных отверстий. Отверстие H7 лазером не сделать. Заложите отверстие на 0.3-0.5 мм меньше и закажите слесарную доработку.
Размещайте ответственные контуры в центре листа. По краям листа металл чуть толще из-за прокатных допусков — конусность отличается на 0.02-0.05 мм.
Выбирайте холоднокатаный лист для точных деталей. На холоднокатаном листе конусность стабильнее чем на горячекатаном — разница 0.02-0.03 мм.
Не требуйте нулевой конусности где она не нужна. Для кронштейнов и прокладок конусность 0.1 мм не видна глазу. Ужесточение требований поднимает цену в 1.5 раза.
На нержавейке конусность всегда чуть выше. Разница 0.02-0.05 мм на тех же толщинах из-за вязкости металла. Подробнее — «Лазерная резка нержавейки».
Азот вместо кислорода на толщинах до 3 мм. Азотный рез холоднее — конусность меньше на 0.02-0.03 мм. Кромка без окислов, готова под порошковую покраску.
Снижайте скорость на 15-20% для ответственных деталей. Медленнее рез — меньше рассеивание луча в парах металла — меньше конусность.
При гибке после резки учитывайте суммарную погрешность. Конусность 0.1 + допуск резки 0.1 + допуск гибки 0.2 = 0.4 мм суммарно. Читайте «Гибка после лазерной резки».
Присылайте DXF — скажем что реально достижимо. Лучше 10 минут консультации чем 100 бракованных деталей. Опыт 500+ заказов позволяет предсказать результат до запуска.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли полностью устранить конусность?

Нет, физически невозможно. Луч всегда имеет форму конуса после фокусировки. Минимум на тонком металле (1-2 мм) — 0.01-0.03 мм. Для параллельных стенок используйте проволочную электроэрозию.

Какая конусность нормальна для стали 10 мм?

0.10-0.20 мм. Отверстие 10 мм будет ~10.0 мм на входе и ~9.8-9.9 мм на выходе. Для болтовых соединений допустимо, для точных сопряжений нужен припуск.

Влияет ли конусность на прочность?

При статических нагрузках — нет. Угол наклона кромки менее 2° не создаёт значимых концентраторов напряжений. При знакопеременных нагрузках — эффект есть но на порядок слабее чем от дефектов сварки.

Почему на алюминии конусность выше?

Теплопроводность алюминия в 4 раза выше стали — луч рассеивается быстрее. Плюс расплавленный алюминий более текучий — расширяет верх реза.

Как проверить конусность на детали?

Штангенциркулем 0.01 мм замерьте размер на входе и выходе. Разница — конусность. Меряйте в середине прямого участка, не на краях.

Износ сопла влияет на конусность?

Да. Изношенное сопло даёт несимметричную струю газа — разница между сторонами до 0.1 мм. Меняем сопла каждые 150-200 часов.

Заключение

Конусность — не дефект, а физическая характеристика. Наша задача — знать точные значения и предупреждать клиента где конусность станет проблемой. В цехе мы режем с пониманием этих ограничений и предлагаем решения. Присылайте чертёж — оценим реальные допуски.

Рассчитать стоимость Отправить чертёж