激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔,根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割,激光可以在多产品材料上面切割,如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割,因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法,相对于传统切割有着什么样的优势呢,下面光博士带您分析下。
激光是利用物质激发产生光,这种光带有强烈的温度,在接触材料时候,能够迅速的在材料表面融化,形成打孔,根据对位对点的移动形成了切割,因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法,缝隙更小,更能够省去大部分材料,然而根据切割效果来定义分析,根据激光进行切割的材料,其切割效果能够满意,精准度又高,这是继承了激光的优势,也是普通切割方式不能够媲美的。
相对于传统切割方式中,激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果,速度方面都有着**的优势,因此相信在未来的切割方式选择中,激光切割机将是大众的需求。
激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工,这种模式是针对那种初入激光行业,并且小型的加工户,然而这种模式在现今的社会都不提倡了,因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了,**的技术发展,优良的加工精细,使得现今的激光设备不再是那样的昂贵,因为它们的设备有针对行业性的,这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工,现今的小功率设备也能进行加工了,这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了,激光切割加工模式逐渐被取代了,这是必然性。
关键技术二
喷嘴设计及控制技术
激光切割钢材时,氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处,从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大,速度要高,以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应;同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外,喷嘴的设计及气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)也是十分重要的因素。如今激光切割用的喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造,体积较小,是易损零件,需经常更换,因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn(表压为Pg)的气体,称喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经一定距离到达工件表面,其压力称切割压力Pc,后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加,气流流速增加,Pc也不断增加。
可用下列公式计算:V=8.2d2(Pg+1)
V-气体流速 L/min
d-喷嘴直径 mm
Pg-喷嘴压力(表压)bar
对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力**过此值时,气流为正常斜激波,气流速从亚音速向**音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度(n)两因素有关:如氧气、空气的n=5,因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2时(Pn;4bar),气流正常斜激波封变为正激波,切割压力Pc下降,气流速度减低,并在工件表面形成涡流,削弱了气流去除熔融材料的作用,影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴,其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度,可根据空气动力学原理,在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波,设计制造一种缩放型喷嘴,即拉伐尔(Laval)喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器,透镜焦距2.5〃,采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验,见图4。试验结果如图5所示:分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下,切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa(或4bar)时切割速度只能达到2.75m/min(碳钢板厚为2mm)。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的
一类是大中型制造企业,这些企业生产的产品中有大量板材需要下料、切料,并且具有较强的经济和技术实力
加工站
另一类单位是加工站(国外称Job Shop),加工站是专门对外承接激光加工业务的,自身无主导产品。它的存在一方面可满足一些中小企业加工的需要;一方面在初期对推广应用激光切割技术起到宣传示范的作用。1999年美国全国共有激光加工站2700家,其中51%从事激光切割工作。八十年代中国激光加工站主要从事激光热处理工作,九十年代后,激光切割及攻站逐步增加。在此基础上随着中国大中型企业体制改革的深入和经济实力的增强,越来越多的企业将采用CO2激光切割技术。
从目前国内应用情况分析,CO2激光切割广泛应用于12mm厚的低碳钢板;6mm厚的不锈钢板及;20mm厚的非金属材料。对于三维空间曲线的切割,在汽车、航空工业中也开始获得了应用。
发展趋势
激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔,根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割,激光可以在多产品材料上面切割,如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割,因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法,相对于传统切割有着什么样的优势呢,下面光博士带您分析下。
激光是利用物质激发产生光,这种光带有强烈的温度,在接触材料时候,能够迅速的在材料表面融化,形成打孔,根据对位对点的移动形成了切割,因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法,缝隙更小,更能够省去大部分材料,然而根据切割效果来定义分析,根据激光进行切割的材料,其切割效果能够满意,精准度又高,这是继承了激光的优势,也是普通切割方式不能够媲美的。
相对于传统切割方式中,激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果,速度方面都有着**的优势,因此相信在未来的切割方式选择中,激光切割机将是大众的需求。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些的装置供用户选用:
⑴平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
⑵在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。
⑶控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。
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