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西安激光切割加工技術(shù)

發(fā)布時(shí)間： 2021-04-02 作者：

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    激光切割技術(shù)是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(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開(kāi)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(shí)，在材料上形成切口。
    簡(jiǎn)介
    利用激光切割設(shè)備可切割4mm以下的不銹鋼，在激光束中加氧氣可切割20mm厚的碳鋼，但加氧切割后會(huì)在切割面形成薄薄的氧化膜。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(shè)備的價(jià)格相當(dāng)貴，約150萬(wàn)元以上。但是，由于降低了后續(xù)工藝處理的成本，所以，在大生產(chǎn)中采用這種設(shè)備還是可行的。由于沒(méi)有刀具加工成本，所以激光切割設(shè)備也適用生產(chǎn)小批量的原先不能加工的各種尺寸的部件。激光切割設(shè)備通常采用計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制技術(shù)(CNC)裝置，采用該裝置后，就可以利用電話線從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工作站來(lái)接受切割數(shù)據(jù)。

    原理
    激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開(kāi)。激光切割屬于熱切割方法之一。
    激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。
    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(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開(kāi)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(shí)，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(shí)需要很大的功率和功率密度。
    激光汽化切割多用于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。
    激光熔化切割
    激光熔化切割時(shí)，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過(guò)與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體(Ar、He、N等)，依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
    激光熔切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。
    激光氧氣切割
    激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱;另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過(guò)程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。
    激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。
    激光劃片與控制斷裂
    激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開(kāi)。激光劃片用的激光器一般為Q開(kāi)關(guān)激光器和CO2激光器。

控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開(kāi)。

    特點(diǎn)
    激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點(diǎn)是切割速度快、質(zhì)量高。具體概括為如下幾個(gè)方面。
    ⑴ 切割質(zhì)量好
    由于激光光斑小、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(zhì)量。
    ① 激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm。
    ② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無(wú)需機(jī)械加工，零部件可直接使用。
    ③ 材料經(jīng)過(guò)激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現(xiàn)較為規(guī)則的長(zhǎng)方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見(jiàn)表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。
    ⑵ 切割效率高
    由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有多臺(tái)數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過(guò)程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三維切割。
    ⑶ 切割速度快
    用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯樹(shù)脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時(shí)間。
    ⑷ 非接觸式切割
    激光切割時(shí)割炬與工件無(wú)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”，只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過(guò)程噪聲低，振動(dòng)小，無(wú)污染。
    ⑶為擴(kuò)展工程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已超過(guò)30mm，并特別注意研究用氮?dú)馇懈畹吞间摰墓に嚰夹g(shù)，以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此在中國(guó)擴(kuò)大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。
    關(guān)鍵技術(shù)一
    CO2激光切割的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)。

【全文完】

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