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軍工航天新聞

激光切割機幾種切割特點

星之球科技 來源:立創激光2012-05-16 我要評論(0 )   

激光切割機可分為(wei) 激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與(yu) 控製斷裂四類。 1)激光汽化切割 利用高能量密度的激光束加熱工件,使溫度迅速上升,在非常短的...

激光切割機可分為(wei) 激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與(yu) 控製斷裂四類。
1)激光汽化切割
        利用高能量密度的激光束加熱工件,使溫度迅速上升,在非常短的時間內(nei) 達到材料的沸點,材料開始汽化,形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大,在蒸氣噴出的同時,在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大,所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用於(yu) 極薄金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
2)激光熔化切割
         激光熔化切割時,用激光加熱使金屬材料熔化,然後通過與(yu) 光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體(ti) (Ar、He、N等),依靠氣體(ti) 的強大壓力使液態金屬排出,形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化,所需能量隻有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用於(yu) 一些不易氧化的材料或活性金屬的切割,如不鏽鋼、鈦、鋁及其合金等。
3)激光氧氣切割
         激光氧氣切割原理類似於(yu) 氧乙炔切割。它是用激光作為(wei) 預熱熱源,用氧氣等活性氣體(ti) 作為(wei) 切割氣體(ti) 。噴吹出的氣體(ti) 一方麵與(yu) 切割金屬作用,發生氧化反應,放出大量的氧化熱;另一方麵把熔融的氧化物和熔化物從(cong) 反應區吹出,在金屬中形成切口。由於(yu) 切割過程中的氧化反應產(chan) 生了大量的熱,所以激光氧氣切割所需要的能量隻是熔化切割的1/2,而切割速度遠遠大於(yu) 激光汽化切割和熔化切割。
激光氧氣切割主要用於(yu) 碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。
4)激光劃片與(yu) 控製斷裂
         激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表麵進行掃描,使材料受熱蒸發出一條小槽,然後施加一定的壓力,脆性材料就會(hui) 沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為(wei) Q開關(guan) 激光器和CO2激光器。
控製斷裂是利用激光刻槽時所產(chan) 生的陡峭的溫度分布,在脆性材料中產(chan) 生局部熱應力,使材料沿小槽斷開。
激光切割的特點
激光切割與(yu) 其他熱切割方法相比較,總的特點是切割速度快、質量高。具體(ti) 概括為(wei) 如下幾個(ge) 方麵。
⑴ 切割質量好
由於(yu) 激光光斑小、能量密度高、切割速度快,因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。
① 激光切割切口細窄,切縫兩(liang) 邊平行並且與(yu) 表麵垂直,切割零件的尺寸精度可達±0.05mm。
② 切割表麵光潔美觀,表麵粗糙度隻有幾十微米,甚至激光切割可以作為(wei) 最後一道工序,無需機械加工,零部件可直接使用。
③ 材料經過激光切割後,熱影響區寬度很小,切縫附近材料的性能也幾乎不受影響,並且工件變形小,切割精度高,切縫的幾何形狀好,切縫橫截麵形狀呈現較為(wei) 規則的長方形。
激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1,切割材料為(wei) 6.2mm厚的低碳鋼板。
⑵ 切割效率高
由於(yu) 激光的傳(chuan) 輸特性,激光切割機上一般配有多台數控工作台,整個(ge) 切割過程可以全部實現數控。操作時,隻需改變數控程序,就可適用不同形狀零件的切割,既可進行二維切割,又可實現三維切割。
⑶ 切割速度快
用功率為(wei) 1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板,切割速度可達600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯樹脂板,切割速度可達1200cm/min。材料在激光切割時不需要裝夾固定,既可節省工裝夾具,又節省了上、下料的輔助時間。
⑷ 非接觸式切割
激光切割時割炬與(yu) 工件無接觸,不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件,不需要更換“刀具”,隻需改變激光器的輸出參數。激光切割機在切割過程噪聲低,振動小,無汙染。
⑸ 切割材料的種類多
與(yu) 氧乙炔切割和等離子切割比較,激光切割材料的種類多,包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基複合材料、皮革、木材及纖維等。但是對於(yu) 不同的材料,由於(yu) 自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同,表現出不同的激光切割適應性。采用CO2激光器,各種材料的激光切割性能見表2。
表2 各種材料的激光切割性能
材料
吸收激光的能力
切割性能
金屬
Au、Ag、Cu、Al
對激光的吸收量小
一般來說,較難加工,1~2mm的Cu和Al的薄板可進行激光切割
W、Mo、Cr、Ta、
Ti(高熔點材料)
對激光的吸收量大
若用低速加工,薄板能進行切割。但Ti、Zr、等金屬需用Ar作輔助氣體(ti)
Fe、Ni、Pb、Sn
比較容易加工
非金屬
有機材料
丙烯酰、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚四氟乙烯
可透過白熱光
大多數材料都能用小功率激光器進行切割。但因這些材料是可燃的,切割麵易被碳化。丙烯酰、聚四氟乙烯不易碳化。一般可用氦氣或幹燥空氣作輔助氣體(ti)
皮革、木材、布、橡膠、紙、玻璃、環氧樹脂、酚醛塑料
透不過白熱光
無機材料
玻璃、玻璃纖維
熱膨脹大
玻璃、陶瓷、瓷器等在加工過程中或加工後易發生開裂。厚度小於(yu) 2mm的石英玻璃,切割性良好
陶瓷、石英玻璃、石棉、雲(yun) 母、瓷器
熱膨脹小
⑹ 缺點
激光切割由於(yu) 受激光器功率和設備體(ti) 積的限製,激光切割隻能切割中、小厚度的板材和管材,而且隨著工件厚度的增加,切割速度明顯下降。
激光切割設備費用高,一次性投資大。
激光切割的應用範圍
大多數激光切割機都由數控程序進行控製操作或做成切割機器人。激光切割作為(wei) 一種精密的加工方法,幾乎可以切割所有的材料,包括薄金屬板的二維切割或三維切割。
在汽車製造領域,小汽車頂窗等空間曲線的切割技術都已經獲得廣泛應用。德國大眾(zhong) 汽車公司用功率為(wei) 500W的激光器切割形狀複雜的車身薄板及各種曲麵件。在航空航天領域,激光切割技術主要用於(yu) 特種航空材料的切割,如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不鏽鋼、氧化鈹、複合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有發動機火焰筒、鈦合金薄壁機匣、飛機框架、鈦合金蒙皮、機翼長桁、尾翼壁板、直升機主旋翼、航天飛機陶瓷隔熱瓦等。
激光切割成形技術在非金屬材料領域也有著較為(wei) 廣泛的應用。不僅(jin) 可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化矽、陶瓷、石英等;還能切割加工柔性材料,如布料、紙張、塑料板、橡膠等,如用激光進行服裝剪裁,可節約衣料10%~12%,提高功效3倍以上。

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