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激光切割机的特性分析

一、激光切割机的类型

激光切割机的工业应用最早始于20世纪70年代初,最初是用在硬木板上切非穿透槽、嵌刀片、制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步,其应用领域逐步延伸到各种金属和非金属板材的切割,应用规模也迅速扩大。激光切割机所占材料激光加工的比例超过了50%。从材料方面来看,激光能切割的有塑料、木材、纸张、橡胶、皮革、纤维以及复合材料等。

聚焦透镜将激光聚焦至一个很小的光斑,光斑的直径一般为0.1~0.5mm。光斑位于待加工表面附近,用以熔化或汽化被切材料。与此同时,与光束同轴线的气流由切割头喷出,将熔化或汽化了的材料由切口的底部吹出。随着激光切割头与被切材料的相对运动,从而生成切口。如果吹出的气体和被切材料产生放热反应,则此反应将提供切割所需的附加能源。气流还有冷却已切割表面、减少热影响区和保证聚焦透镜不受污染的作用。

根据工件的热物理特性和辅助气体的性状,激光切割机主要有以下几种类型:

(1)激光熔化切割。利用激光加热工件使之熔化,同时借助非氧化性辅助气体排除熔融物质,形成割缝。

2)激光汽化切割。当高功率密度的激光照射到工件表面时,材料在极短的时间内被加热到汽化点,并以气体或者被气体冲击后以液态、固态微粒形态遗出,形成割缝。激光燃烧切割。利用激光热能将工件加热到燃点,利用辅助气体使材科燃绕,并排除燃烧产物,形成割缝,类似氧气切割过程。

(4)激光烧蚀。利用激光斑点的高温和光化学作用在脆性材料上烧刻小播,然后施加一定的外力使材料沿槽口断开。

二、激光切割机的特性

一般激光切割机的特性主要包括:

1.与其他常规加工方法相比,激光切割机具有更大的适应性和灵活性与下列其他热切割方法相比,同样作为热切割过程,其他热切割方法不能像激光束那样作用于一个极小的区域,从而导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能够切割非金属材料,这是其他切割方法不能做到的。

(1)-可燃体(如乙快)切割。这种方法主要用于切割低碳钢,由于它热影响区大,切割速度低,很少被用来切割20mm以下要求尺寸精确的材料。

(2)等离子切割。切割速度明显快于氧-乙快切割,但切割质量较差,切边顶部呈圆头状,切边明显起波浪形,还要防止电弧产生的紫外线辐射。它稍优于激光切割之处在于适合切割较厚钢板和对光束反射率高的铝合金等。

3)模冲。大批量生产的零件用模冲方法成本低,生产周期短。但它对设计上的变化适应性很差,新的模具需要长时间设计,造价高,对中、小规模的生产来说激光切割的特点就会充分显示。另外,激光程控切割便于工件紧密编排,节省材料,而模冲则需要每个工件周围预留材料。

(4)冲切。复杂零件要分段冲切,一般情况下,冲床经常要冲切比模具尺十大得多的工件,有些工件还很复杂,这就导致切边呈许多小贝壳状刃口,需要第二次预备性加工修整。另外冲头会形成比激光切割宽得多的切口,产生大量铁屑。

(5)锯切。切割薄金属,其速度明显比激光切割慢,而且激光作为一个灵活的无接触、仿形切割工具,可从材料的任何一点开始向任何方向切割。这一点是锯切难以做到的。

(6)电加工,分为利用电腐蚀或溶解效应的电火花加工和电化学加工两种方法,用于坚硬材料的精细加工,切口粗糙度较好,但切割速度要比激光切割机速度慢几个数量级。

(7)水切割。可切割许多金属材料,但费用昂贵。

2.激光切割机的切缝窄,工件变形小

激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输人的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分,材料很快加热至汽化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小,基本没有工件变形,切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时利用氧作为辅助气体与熔融金属

产生放热化学反应氧化材料,同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气,切割棉、纸等易燃材料使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜,防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机材料与无机材料都可以用激光切割。在机械制造领域占有分量很重的金属加工业,对于大多数金属材料,不管它是什么样的硬度,都可以进行无变形切割。当然,对高射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们虽然也是好的传热导体,但由于高反射率,激光切割很困难,甚至不能切割。激光切割无毛刺,无谓皱,精度高,优于等离子切割。对许多机电制造行业来说,由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件,它往往比冲切、模压工艺更被优先选用;尽管它加工速度还慢于模冲,但它没有模具消耗,无须修理模具,还节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,所以从总体上考虑是更合算的。

3.激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工

激光束聚焦应用于切割有许多特点如下:

(1)激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内,有利于直边割缝狭窄、邻近切边的热影响区最小,局部变形极小。

(2)激光束对工件不施加任何力,它是无接触切割工具,因此不存在工件机械变形,刀具磨损和转换问题,而且无须考虑切割材料的硬度,即激光切割能力不受被切材料的硬度影响,任何硬度的材料都可以切割。

(3)激光束可控性强,并有高的适应性和柔性,因而与自动化设备相结合很方便,容易实现切割过程自动化。此外,由于不存在对切割工件的限制,激光束具有无限的仿形切割能力。且与计算机结合,可整张板排料,节省材料

4.激光切割属于绿色制造加工

激光切割噪声低,振动小,对环境基本无污染。

 

 

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