該技術采用激光束照射到鋼板表麵時釋放的能量來使不鏽鋼熔化並蒸發。激光源一般用二氧化碳激光束,工作功率為(wei) 500~2500瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低,但是,通過透鏡和反射鏡,激光束聚集在很小的區域。能量的高度集中能夠進行迅速局部加熱,使不鏽鋼蒸發。此外,由於(yu) 能量非常集中,所以,僅(jin) 有少量熱傳(chuan) 到鋼材的其它部分,所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準確地切割複雜形狀的坯料,所切割的坯料不必再作進一步的處理。
簡介
利用激光切割設備可切割4mm以下的不鏽鋼,在激光束中加氧氣可切割20mm厚的碳鋼,但加氧切割後會(hui) 在切割麵形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到20mm,但切割部件的尺寸誤差較大。
激光切割設備的價(jia) 格相當貴,約150萬(wan) 元以上。但是,由於(yu) 降低了後續工藝處理的成本,所以,在大生產(chan) 中采用這種設備還是可行的。由於(yu) 沒有刀具加工成本,所以激光切割設備也適用生產(chan) 小批量的原先不能加工的各種尺寸的部件。目前,激光切割設備通常采用計算機化數字控製技術(CNC)裝置,采用該裝置後,就可以利用電話線從(cong) 計算機輔助設計(CAD)工作站來接受切割數據。
編輯本段
優(you) 點
CO2激光切割技術比其他方法的明顯優(you) 點是:
切割質量好
切口寬度窄(一般為(wei) 0.1--0.5mm)、精度高(一般孔中心距誤差0.1--0.4mm,輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm)、切口表麵粗糙度好(一般Ra為(wei) 12.5--25μm),切縫一般不需要再加工即可焊接。
切割速度快
例如采用2KW激光功率,8mm厚的碳鋼切割速度為(wei) 1.6m/min;2mm厚的不鏽鋼切割速度為(wei) 3.5m/min,熱影響區小,變形極小。
清潔、安全、無汙染
大大改善了操作人員的工作環境。當然就精度和切口表麵粗糙度而言,CO2激光切割不可能超過電加工;就切割厚度而言難以達到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(you) 點足以證明:CO2激光切割已經和正在取代一部分傳(chuan) 統的切割工藝方法,特別是各種非金屬材料的切割。它是發展迅速,應用日益廣泛的一種先進加工方法。
九十年代以來,由於(yu) 我國社會(hui) 主義(yi) 市場經濟的發展,企業(ye) 間競爭(zheng) 激烈,每個(ge) 企業(ye) 必須根據自身條件正確選擇某些先進製造技術以提高產(chan) 品質量和生產(chan) 效率。因此CO2激光切割技術在我國獲得了較快的發展。
金屬切割材料分析
結構鋼
該材料用氧氣切割時會(hui) 得到較好的結果。當用氧氣作為(wei) 加工氣體(ti) 時,切割邊緣會(hui) 輕微氧化。對於(yu) 厚度達4mm的板材,可以用氮氣作為(wei) 加工氣體(ti) 進行高壓切割。這種情況下,切割邊緣不會(hui) 被氧化。厚度在10mm以上的板材,對激光器使用特殊極板並且在加工中給工件表麵塗油可以得到較好的效果。
不鏽鋼
切割不鏽鋼需要:使用氧氣,在邊緣氧化不要緊的情況下;使用氮氣以得到無氧化無毛刺的邊緣,就不需要再作處理了。在板材表麵塗層油膜會(hui) 得到更好的穿孔效果,而不降低加工質量。
鋁
盡管有高反射率和熱傳(chuan) 導性,厚度6mm以下的鋁材可以切割,這取決(jue) 於(yu) 合金類型和激光器能力。當用氧切割時,切割表麵粗糙而堅硬。用氮氣時,切割表麵平滑。純鋁因為(wei) 其高純非常難切割,隻有在係統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割鋁材。否則反射會(hui) 毀壞光學組件。
鈦
鈦板材用氬氣和氮氣作為(wei) 加工氣體(ti) 來切割。其它參數可以參考鎳鉻鋼。
銅和黃銅
兩(liang) 種材料都具有高反射率和非常好的熱傳(chuan) 導性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮氣切割;厚度2mm以下的銅可以切割,加工氣體(ti) 必須用氧氣。隻有在係統上安裝有“反射吸收”裝置的時候才能切割銅和黃銅。否則反射會(hui) 毀壞光學組件。
CO2激光切割的工業(ye) 應用
世界第一台CO2激光切割機是二十世紀七十年代在澳大利亞(ya) Farley larlab公司誕生的。三十多年來,由於(yu) 應用領域的不斷擴大,CO2激光切割機不斷改進,目前國際國內(nei) 已有多家企業(ye) 從(cong) 事生產(chan) 各種CO2激光切割機以滿足市場的需求,有二維平板切割機、三維空間曲線切割機、管子切割機等。國外知名企業(ye) 有德國Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、澳大利亞(ya) HG Farley-Laser Lab公司,日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、公司等。目前國內(nei) 能提供平板切割機的企業(ye) 有武漢法利萊公司,上海團結普瑞瑪公司、沈陽普瑞瑪公司、濟南捷邁公司、武漢楚天公司等。根據美國激光工業(ye) 應用權威雜誌“Industrial Laser Solution”2000年度報告統計:1999年全世界共銷售的激光切割係統(主要是CO2激光切割係統)為(wei) 3325台,共11.74億(yi) 美元。據不完全統計我國目前每年生產(chan) CO2激光切割機近100台,共1.5億(yi) 元人民幣。雖然激光切割的發展趨勢較快,但應用水平與(yu) 發達國家相比差距較大。至2003年我國已在工業(ye) 生產(chan) 中使用的CO2激光切割係統累計已達500台左右,約占全世界正運行係統總量的1.5%。
CO2激光切割係統的購置
主要是兩(liang) 類
單位:一類是大中型製造企業(ye) ,這些企業(ye) 生產(chan) 的產(chan) 品中有大量板材需要下料、切料,並且具有較強的經濟和技術實力;
另一類單位是加工站(國外稱Job Shop),加工站是專(zhuan) 門對外承接激光加工業(ye) 務的,自身無主導產(chan) 品。它的存在一方麵可滿足一些中小企業(ye) 加工的需要;一方麵在初期對推廣應用激光切割技術起到宣傳(chuan) 示範的作用。1999年美國全國共有激光加工站2700家,其中51%從(cong) 事激光切割工作。八十年代我國激光加工站主要從(cong) 事激光熱處理工作,九十年代後,激光切割及攻站逐步增加。在此基礎上隨著我國大中型企業(ye) 體(ti) 製改革的深入和經濟實力的增強,越來越多的企業(ye) 將采用CO2激光切割技術。
從(cong) 目前國內(nei) 應用情況分析,CO2激光切割廣泛應用於(yu) 12mm厚的低碳鋼板;6mm厚的不鏽鋼板及;20mm厚的非金屬材料。對於(yu) 三維空間曲線的切割,在汽車、航空工業(ye) 中也開始獲得了應用。
適合采用CO2激光切割的產(chan) 品歸類
目前適合采用CO2激光切割的產(chan) 品大體(ti) 上可歸納為(wei) 三類:
第一類:從(cong) 技術經濟角度不宜製造模具的金屬鈑金件,特別是輪廓形狀複雜,批量不大,一般厚度;12mm的低碳鋼、;6mm厚的不鏽鋼,以節省製造模具的成本與(yu) 周期。已采用的典型產(chan) 品有:自動電梯結構件、升降電梯麵板、機床及糧食機械外罩、各種電氣櫃、開關(guan) 櫃、紡織機械零件、工程機械結構件、大電機矽鋼片等。
第二類:裝飾、廣告、服務行業(ye) 用的不鏽鋼(一般厚度3mm)或非金屬材料(一般厚度20mm)的圖案、標記、字體(ti) 等。如藝術照相冊(ce) 的圖案,公司、單位、賓館、商場的標記,車站、碼頭、公共場所的中英文字體(ti) 。
第三類:要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應用的典型零件是包裝印刷行業(ye) 用的模切版,它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為(wei) 0.7~0.8mm的槽,然後在槽中鑲嵌刀片。使用時裝在模切機上,切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國內(nei) 近年來應用的一個(ge) 新領域是石油篩縫管。為(wei) 了擋住泥沙進入抽油泵,在壁厚為(wei) 6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫,起割穿孔處小孔直徑不能大於(yu) 0.3mm,切割技術難度大,已有不少單位投入生產(chan) 。
應用領域
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國外除上述應用外,還在不斷擴展其應用領域。
(1)采用三維激光切割係統或配置工業(ye) 機器人,切割空間曲線,開發各種三維切割軟件,以加快從(cong) 畫圖到切割零件的過程。
(2)為(wei) 了提高生產(chan) 效率,研究開發各種專(zhuan) 用切割係統,材料輸送係統,直線電機驅動係統等,目前切割係統的切割速度已超過100m/min。
(3)為(wei) 擴展工程機械、造船工業(ye) 等的應用,切割低碳鋼厚度已超過30mm,並特別注意研究用氮氣切割低碳鋼的工藝技術,以提高切割厚板的切口質量。因此在我國擴大CO2激光切割的工業(ye) 應用領域,解決(jue) 新的應用中一些技術難題仍然是工程技術人員的重要課題。
關(guan) 鍵技術
CO2激光切割的幾項關(guan) 鍵技術是光、機、電一體(ti) 化的綜合技術。
激光束的參數、機器與(yu) 數控係統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對於(yu) 切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決(jue) 以下幾項關(guan) 鍵技術:
焦點位置控製技術
焦點位置控製技術:激光切割的優(you) 點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由於(yu) 能量密度與(yu) 4/πd2成正比,所以焦點光斑直徑盡可能的小,以便產(chan) 生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割工業(ye) 應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對於(yu) 高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guan) 。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為(wei) 焦距的+2%範圍內(nei) ,即5mm左右。因此控製焦點相對於(yu) 被切材料表麵的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表麵上; 6mm的碳鋼,焦點在表麵之上; 6mm的不鏽鋼,焦點在表麵之下。具體(ti) 尺寸由實驗確定。
在工業(ye) 生產(chan) 中確定焦點位置的簡便方法有三種:(1)打印法:使切割頭從(cong) 上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑最小處為(wei) 焦點。(2)斜板法:用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的最小處為(wei) 焦點。(3)藍色火花法:去掉噴嘴,吹空氣,將脈衝(chong) 激光打在不鏽鋼板上,使切割頭從(cong) 上往下運動,直至藍色火花最大處為(wei) 焦點。對於(yu) 飛行光路的切割機,由於(yu) 光束發散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑越小。為(wei) 了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內(nei) 外激光切割係統的製造商提供了一些專(zhuan) 用的裝置供用戶選用:
(1)平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束後的光束直徑變大,發散角變小,使在切割工作範圍內(nei) 近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。
(2)在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與(yu) 控製噴嘴到材料表麵距離(stand off)的Z軸是兩(liang) 個(ge) 相互獨立的部分。當機床工作台移動或光軸移動時,光束從(cong) 近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦後光斑直徑在整個(ge) 加工區域內(nei) 保持一致。如圖二所示。
(3)控製聚焦鏡(一般為(wei) 金屬反射聚焦係統)的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控製水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
(4)飛行光路切割機上增加x、y方向的補償(chang) 光路係統。即當切割遠端光程增加時使補償(chang) 光路縮短;反之當切割近端光程減小時,使補償(chang) 光路增加,以保持光程長度一致。
切割穿孔技術
任何一種熱切割技術,除少數情況可以從(cong) 板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光衝(chong) 壓複合機上是用衝(chong) 頭先衝(chong) 出一孔,然後再用激光從(cong) 小孔處開始進行切割。對於(yu) 沒有衝(chong) 壓裝置的激光切割機有兩(liang) 種穿孔的基本方法:
(1)爆破穿孔:(Blast drilling),材料經連續激光的照射後在中心形成一凹坑,然後由與(yu) 激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與(yu) 板厚有關(guan) ,爆破穿孔平均直徑為(wei) 板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用(如石油篩縫管),隻能用於(yu) 廢料上。此外由於(yu) 穿孔所用的氧氣壓力與(yu) 切割時相同,飛濺較大。
(2)脈衝(chong) 穿孔:(Pulse drilling)采用高峰值功率的脈衝(chong) 激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) ,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體(ti) 壓力較切割時的氧氣壓力小。每個(ge) 脈衝(chong) 激光隻產(chan) 生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鍾。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體(ti) 換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質量優(you) 於(yu) 爆破穿孔。為(wei) 此所使用的激光器不但應具有較高的輸出功率;更重要的時光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應激光切割的要求。此外脈衝(chong) 穿孔還須要有較可靠的氣路控製係統,以實現氣體(ti) 種類、氣體(ti) 壓力的切換及穿孔時間的控製。在采用脈衝(chong) 穿孔的情況下,為(wei) 了獲得高質量的切口,從(cong) 工件靜止時的脈衝(chong) 穿孔到工件等速連續切割的過渡技術應以重視。從(cong) 理論上講通常可改變加速段的切割條件:如焦距、噴嘴位置、氣體(ti) 壓力等,但實際上由於(yu) 時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(ye) 生產(chan) 中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現實,具體(ti) 方法有以下三種:(1)改變脈衝(chong) 寬度;(2)改變脈衝(chong) 頻率;(3)同時改變脈衝(chong) 寬度和頻率。實際結果表明,第(3)種效果最好。
噴嘴設計及氣流控製技術
激光切割(16張) 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從(cong) 而形成一個(ge) 氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應;同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質量及其控製直接影響切割質量外,噴嘴的設計及氣流的控製(如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等)也是十分重要的因素。目前激光切割用的噴嘴采用簡單的結構,即一錐形孔帶端部小圓孔(如圖4)。通常用實驗和誤差方法進行設計。由於(yu) 噴嘴一般用
紫銅製造,體(ti) 積較小,是易損零件,需經常更換,因此不進行流體(ti) 力學計算與(yu) 分析。在使用時從(cong) 噴嘴側(ce) 麵通入一定壓力Pn(表壓為(wei) Pg)的氣體(ti) ,稱噴嘴壓力,從(cong) 噴嘴出口噴出,經一定距離到達工件表麵,其壓力稱切割壓力Pc,最後氣體(ti) 膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。
可用下列公式計算: V=8.2d2(Pg+1)
V-氣體(ti) 流速 L/min
d-噴嘴直徑 mm
Pg-噴嘴壓力(表壓)bar
對於(yu) 不同的氣體(ti) 有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力超過此值時,氣流為(wei) 正常斜激波,氣流速從(cong) 亞(ya) 音速向超音速過渡。此閾值與(yu) Pn、Pa比值及氣體(ti) 分子的自由度(n)兩(liang) 因素有關(guan) :如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時(Pn;4bar),氣流正常斜激波封變為(wei) 正激波,切割壓力Pc下降,氣流速度減低,並在工件表麵形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。
為(wei) 進一步提高激光切割速度,可根據空氣動力學原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產(chan) 生正激波,設計製造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾(Laval)噴嘴。為(wei) 方便製造可采用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗,見圖4。試驗結果如圖5所示:分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表麵粗糙度Rz與(yu) 切割速度Vc的函數關(guan) 係。從(cong) 圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為(wei) 400Kpa(或4bar)時切割速度隻能達到2.75m/min(碳鋼板厚為(wei) 2mm)。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為(wei) 500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與(yu) 噴嘴距離的函數。由於(yu) 斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。#p#分頁標題#e#
第一高切割壓力區緊鄰噴嘴出口,工件表麵至噴嘴出口的距離約為(wei) 0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩定,是目前工業(ye) 生產(chan) 中切割手扳常用的工藝參數。第二高切割壓力區約為(wei) 噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,並有利於(yu) 保護透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區由於(yu) 距噴嘴出口太遠,與(yu) 聚焦光束難以匹配而無法采用。
綜上所述,CO2激光器切割技術正在我國工業(ye) 生產(chan) 中得到越來越多的應用,國外正研究開發更高切割速度和更厚鋼板的切割技術與(yu) 裝置。為(wei) 了滿足工業(ye) 生產(chan) 對質量和生產(chan) 效率越來越高的要求,必須重視解決(jue) 各種關(guan) 鍵技術及執行質量標準,以使這一新技術在我國獲得更廣泛的應用。
激光切割的主要工藝
汽化切割
在高功率密度激光束的加熱下,材料表麵溫度升至沸點溫度的速度是如此之快,足以避免熱傳(chuan) 導造成的熔化,於(yu) 是部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作為(wei) 噴出物從(cong) 切縫底部被輔助氣體(ti) 流吹走。一些不能熔化的材料,如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。
汽化切割過程中,蒸汽隨身帶走熔化質點和衝(chong) 刷碎屑,形成孔洞。汽化過程中,大約40%的材料化作蒸汽消失,而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅除的。
熔化切割
當入射的激光束功率密度超過某一值後,光束照射點處材料內(nei) 部開始蒸發,形成孔洞。一旦這種小孔形成,它將作為(wei) 黑體(ti) 吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍,然後,與(yu) 光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動,小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續沿著這條縫的前沿照射,熔化材料持續或脈動地從(cong) 縫內(nei) 被吹走。
氧化熔化切割
熔化切割一般使用惰性氣體(ti) ,如果代之以氧氣或其它活性氣體(ti) ,材料在激光束的照射下被點燃,與(yu) 氧氣發生激烈的化學反應而產(chan) 生另一熱源,稱為(wei) 氧化熔化切割。具體(ti) 描述如下:
(1)材料表麵在激光束的照射下很快被加熱到燃點溫度,隨之與(yu) 氧氣發生激烈的燃燒反應,放出大量熱量。在此熱量作用下,材料內(nei) 部形成充滿蒸汽的小孔,而小孔的周圍為(wei) 熔融的金屬壁所包圍。
(2)燃燒物質轉移成熔渣控製氧和金屬的燃燒速度,同時氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢也對燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高,燃燒化學反應和去除熔渣的速度也越快。當然,氧氣流速不是越高越好,因為(wei) 流速過快會(hui) 導致切縫出口處反應產(chan) 物即金屬氧化物的快速冷卻,這對切割質量也是不利的。
(3)顯然,氧化熔化切割過程存在著兩(liang) 個(ge) 熱源,即激光照射能和氧與(yu) 金屬化學反應產(chan) 生的熱能。據估計,切割鋼時,氧化反應放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。
很明顯,與(yu) 惰性氣體(ti) 比較,使用氧作輔助氣體(ti) 可獲得較高的切割速度。
(4)在擁有兩(liang) 個(ge) 熱源的氧化熔化切割過程中,如果氧的燃燒速度高於(yu) 激光束的移動速度,割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快,則所得切縫狹而光滑。
控製斷裂切割
對於(yu) 容易受熱破壞的脆性材料,通過激光束加熱進行高速、可控的切斷,稱為(wei) 控製斷裂切割。這種切割過程主要內(nei) 容是:激光束加熱脆性材料小塊區域,引起該區域大的熱梯度和嚴(yan) 重的機械變形,導致材料形成裂縫。隻要保持均衡的加熱梯度,激光束可引導裂縫在任何需要的方向產(chan) 生。
要注意的是,這種控製斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控製斷裂切割速度快,不需要太高的功率,否則會(hui) 引起工件表麵熔化,破壞切縫邊緣。其主要控製參數是激光功率和光斑尺寸大小。
激光切割的主要特性
切縫窄工件變形小
激光束聚焦成很小的光點,使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳(chuan) 導或擴散的部分,材料很快加熱至汽化程度,蒸發形成孔洞。隨著光束與(yu) 材料相對線性移動,使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小,基本沒有工件變形。
切割過程中還添加與(yu) 被切材料相適合的輔助汽體(ti) 。鋼切割時利用氧作為(wei) 輔助汽體(ti) 與(yu) 熔融金屬產(chan) 生放熱化學反應氧化材料,同時幫助吹走割縫內(nei) 的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣,棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體(ti) 。進入噴嘴的輔助汽體(ti) 還能冷卻聚焦透鏡,防止煙塵進入透鏡座內(nei) 汙染鏡片並導致鏡片過熱。
大多數有機與(yu) 無機材料都可以用激光切割。在工業(ye) 製造係統占有份量很重的金屬加工業(ye) ,許多金屬材料,不管它是什麽(me) 樣的硬度,都可以進行無變形切割。當然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們(men) 也是好的傳(chuan) 熱導體(ti) ,因此激光切割很困難,甚至不能切割。
激光切割無毛刺、皺折、精度高,優(you) 於(yu) 等離子切割。對許多機電製造行業(ye) 來說,由於(yu) 微機程序控製的現代激光切割係統能方便切割不同形狀與(yu) 尺寸的工件,它往往比衝(chong) 切、模壓工藝更被優(you) 先選用;盡管它加工速度還慢於(yu) 模衝(chong) ,但它沒有模具消耗,無須修理模具,還節約更換模具時間,從(cong) 而節省了加工費用,降低了生產(chan) 成本,所以從(cong) 總體(ti) 上考慮是更合算的。
無接觸加工
激光束聚焦後形成具有極強能量的很小作用點,把它應用於(yu) 切割有許多特點。首先,激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區域內(nei) ,可提供(1)狹的直邊割縫;(2)最小的鄰近切邊的熱影響區;(3)極小的局部變形。其次,激光束對工件不施加任何力,它是無接觸切割工具,這就意味著(1)工件無機械變形;(2)無刀具磨損,也談不上刀具的轉換問題;(3)切割材料無須考慮它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性強,並有高的適應性和柔性,因而(1)與(yu) 自動化設備相結合很方便,容易實現切割過程自動化;(2)由於(yu) 不存在對切割工件的限製,激光束具有無限的仿形切割能力;(3)與(yu) 計算機結合,可整張板排料,節省材料。
具有廣泛的適應性和靈活性
與(yu) 其它常規加工方法相比,激光切割具有更大的適應性。
首先,與(yu) 其他熱切割方法相比,同樣作為(wei) 熱切割過程,別的方法不能象激光束那樣作用於(yu) 一個(ge) 極小的區域,結果導致切口寬、熱影響區大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬,而其它熱切割方法則不能。[1]
一般來說,激光切割質量可以由以下6個(ge) 標準來衡量。
1.切割表麵粗糙度Rz
2.切口掛渣尺寸
3.切邊垂直度和斜度u
4.切割邊緣園角尺寸r
5.條紋後拖量n
6.平麵度F
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