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更新日期:2010-10-08
转载自(沈阳铁路信号工厂国际激光切割机技术服务站)
摘要:在激光工业应用领域,激光切割发展迅速.激光切割机在我国板材的加工中发挥着重要作用.本文对激光切割机在工业企业中的应用前景进行了展望.
关键词:激光加工;激光切割机

1 引 言
CO2激光切割机是一种适用于金属,非金属板材的切割加工机床.配有大功率激光器(1500W以上)的激光切割机能对各种板材进行平面(三轴控制)或立体面(五轴控制)切割.这种激光切割机不仅具有传统板材加工工艺装备的一般特点和功能,而且还有其他设备,如剪板机,氧2乙炔切割,钻床,铣床,转塔式冲床以及其他金属板材加工机床等无法比拟的优点.在原有的加工功能基础上辅以自动控制,激光切割机能以较快的速度对各种板材进行各种形状的加工,其在我国的工业企业应用的前景十分广阔[ 122 ].
2 CO2激光切割机的应用领域激光切割机在工业领域中已得到广泛应用,尤其在机电产品加工制造业中的应用.
2.1 激光加工的优势
(1)激光加工噪声小,这是传统冲压机床难以做到的;
(2)加工时对被加工的板材无需施加压力,能较好地保持原有板材的表面质量;
(3)切割断面是连续的,断面质量一致性好;
(4)一机多能,即可切割和焊接,又能打孔和雕刻.
2.2 激光切割的基本原理
激光切割大致可分为汽化切割,熔化切割,氧助熔化切割和控制断裂切割.由于它可对不同材料进行加工,因此对不同的切割所形成的机制是有区别的.
2. 2. 1 汽化切割
工件在激光束加热下升至沸点以上温度,部分材料化作蒸汽,逸去部分作为喷出物从切割缝底部吹走.它需要108W/ cm2的高功率密度,是熔化切割机所需能量的10倍.该方法对加工不能熔化的木材,碳素和某些塑料加工比较合适.
2. 2. 2 熔化切割
激光束功率密度超过一定值时,会在工件内部蒸发,形成孔洞,然后与光束同轴的辅助气体将孔洞周围的熔融材料驱除带走,形成缝隙.
2. 2. 3 氧助熔化切割
如果采用氧或其他活性气体代替熔化切割所用的惰性气体,由于热基质的点燃,激光能外的另一种热源同时产生.这一过程比较复杂,钢铁板材大都属于这种切割.氧助熔化切割是有两个能源切割的,在切割时要掌握激光功率和切割速度之间的关系.
2. 2. 4 控制断裂切割
激光束加热脆性材料的小块区域时,引起的热梯度和随之而来的严重机械变形会导致裂缝.在这种切割中,主要应控制激光功率和光斑大小.
2.3 激光切割加工的材料
2. 3. 1 碳钢
氧助激光切割12mm以内的碳钢具有切缝小,热功当量影响区小,切缝光滑,清洁和平滑,垂直度好等特点.主要影响低碳钢切割性能的因素包括板厚,激光功率,切割速度和焦距距工件表面的距离.
2. 3. 2 不锈钢
用氧助和高压氮气两种切割方法切割不锈钢可弥补其他加工方法的缺点,切割6mm以下的工件可获得较为理想的切割质量.影响质量的因素有:激光功率,切割速度,焦距与工件表面的距离,辅助气体压力大小等.
2. 3. 3 铝及其合金
由于铝对10. 6μm激光束的高反射率,因此切割铝是很难的,在切割铝时应格外小心.
2. 3. 4 钛,钛合金及其他合金
钛及其合金比较易于吸收激光能量,但要注意它的过热影响区.其他合金中有铜的材料不易切割.黄铜能部分地吸收激光束,在较大的激光功率下可以切割,但应注意它的高反射会引起镜片的烧伤.
2. 3. 5 非金属的切割
当切割木材时要特别注意不要让木材烧着,因为切割木材时是瞬间蒸发和燃烧,应合理地调整功率和切割速度,加以辅助压缩空气.激光切割可加工各种类型的木材和木材压制的胶板.
2. 3. 6 塑料
激光可对塑料进行有效的切割,并可获得较为理想的切缝.但必须要注意,该材料属易燃物质,并在切割时注意气化后的有毒气体对人的危害.
2.4 切割不锈钢的实践
不锈钢在工业生产和人们的日常生活中应用广泛.在对其加工中,以往的工艺水平只能是粗加工.针对切割面积大,板材薄,表面质量要求和几何尺寸要求高(位置偏差< 0. 02mm),采用其他加工方式都很难实现,如转塔式冲床加工后的毛刺,以及表面的局部变形很难控制在要求以内,尤其是加工不锈钢对冲模的损害很大.激光切割加工不锈钢则显得得心应手.CO2激光切割机最适合作此类工作.所切割的不锈钢的厚度为1mm ;内外圆周及孔的牙边要修平并无毛刺;各处锐角倒钝;1024个长孔起刀和收刀位置应在接近φ1075mm圆处;表面不得有明显压痕和变形;孔距的累积误差< 0. 05mm(如图1所示).图1 光栅孔局部放大若采用其他设备加工大面积的薄钢板,则(1)
加工效率低,如线切割,电火花机床加工时间太长;(2)达不到要求,如步冲机(又称为转塔式冲床)冲裁面总是有切痕或搭边,薄板的表面极易变形;(3)加工难度太大且很难保证质量.在一个直径为1100mm的产品上加工1024个等距离的内方孔,一般的机床很难胜任,如传统的数控机床,铣,镗,加工中心等,加工范围就不足,即使费力加工出来,成本又太高,而且遇上加工方孔时该类机床则显得力不从心.加工此类工件最有效的方法当属激光切割机,由于它是采用无接触加工,表面质量好,对材料表面不施加压力,使工件不易变形,同时加工速度快,在加工薄板时能达到每分钟数米,加工效率高,尤其是加工内孔有小锐角的内角件以及内有不规则形状的孔时,它会应用自如.采用特殊的加工工艺,合理地安排入光和切割路线,只需1个多小时就可完成该类工件的加工.
加工后的工件不论从尺寸精度,还是表面质量均能满足用户的要求.现已大量应用于高精度定位的设备上.
2.5 其他方面的应用
2. 5. 1 在板材加工方面
普通机床,如电加工机床,冲床等在加工大面积塑料板和木板时无能为力,而其他机械加工的床身有限,因此激光切割机在加工这些材料时大有用武之地.
2. 5. 2 精细加工方面
随着科学技术的不断进步,电子产品不断向小形化发展,需要越来越多的精细加工.传统的加工技术已经无能为力,如用激光打孔可替代在一定厚度的板材上打孔的设备,而激光加工技术和设备正在逐步地取代传统方法和设备.CO2激光切割机已成为激光加工设备中的佼佼者.
3 结 论
激光切割机是一个已进入高速发展且应用广泛的产品,其在工业企业的加工生产中,为国民经济的发展起到了推动作用.它在工业领域中所具有的不可替代的加工特点,将推动这一技术在我国的工业企业得到更快,更广泛的应用.(No . 4)

参考文献
[ 1 ]关振中,激光加工工艺手册[ M ] .北京,中国计量出版社,1997.
[ 2 ]王家金,激光加工技术[ M ] .北京,中国计量出版社,1992.