今天朋友加工店的平面激光切割設(shè)備,做了一批厚板材零件,結(jié)果全部報(bào)廢。。。
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5 f k/ F7 L: L6 X) j. p 大部分都是切割出來后飛邊切割痕雜質(zhì)太大,零部件外形完全沒有精度,導(dǎo)致要返工處理;更多得切割下落料孔還粘付在本體上,要用手用力得敲才能敲下來;面對(duì)這次質(zhì)量異常,解決辦法也不是一句話,兩句話能說清楚,我去查資料,做了以下匯總:! w% t7 b+ z% ~& p% ]! {5 O
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; \) H( ~' k* Z! ^ 首先要知道它得原理:當(dāng)聚焦的激光束照到工件上時(shí),照射區(qū)域會(huì)急劇升溫以使材料熔化或者氣化。一旦激光束穿透工件,切割過程就開始了:激光束沿著輪廓線移動(dòng),同時(shí)將材料熔化。通常會(huì)用一股噴射氣流將熔融物從切口吹走,在切割部分和板架間留下一條窄縫,窄縫幾乎與聚焦的激光束等寬。. y% ^7 t- |0 I: a
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" `5 c; W2 j* d4 ]& ]' c$ K4 K) E5 N1 Q 火焰切割是切割低碳鋼時(shí)采用的一種標(biāo)準(zhǔn)工藝,采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達(dá) 6 bar 后吹進(jìn)切口。在那里,被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應(yīng):開始燃燒和氧化。化學(xué)反應(yīng)釋放大量的能量(達(dá)到激光能量的五倍)輔助激光束進(jìn)行切割。, v J3 u# N$ r! O. B
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圖1 激光束熔化工件,切割氣吹走切口中的熔融材料和熔渣
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/ B" n6 e$ ~- U( G' P) N0 `熔化切割是切割金屬時(shí)使用的另一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。也可以用于切割其他可熔材料,例如陶瓷。 , [, q+ I4 ]: Q- u; h5 a4 J4 ^( Y
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! s, Q: H5 ?; g) S 采用氮?dú)饣蛘邭鍤庾鳛榍懈顨,氣?2-20 bar 的氣體吹過切口。氬氣和氮?dú)馐嵌栊詺怏w,這意味著它們不和切口中的熔化金屬發(fā)生反應(yīng),僅僅將它們向底部吹走。同時(shí),惰性氣體可以保護(hù)切割邊緣不被空氣氧化。
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, p" n# z2 T5 ~% e4 a3 h; b) N5 m壓縮空氣切割
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壓縮空氣同樣可以用來切割薄板?諝饧訅旱 5-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近 80% 都是氮?dú),因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。
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等離子體輔助切割 3 Y1 @. q8 Z6 [3 n. Z/ y& P7 r
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% |+ O( G5 t; W+ X5 r4 z 如果參數(shù)選擇恰當(dāng),等離子體輔助熔化切割切口中會(huì)出現(xiàn)等離子體云。等離子體云由電離的金屬蒸氣和電離的切割氣組成。等離子體云吸收 CO2 激光的能量并轉(zhuǎn)化進(jìn)工件,使更多的能量耦合到工件,材料會(huì)更快熔化,從而使切割速度更快。因此,這種切割過程也叫高速等離子體切割。: W9 j' n( d" M" P/ F9 C# U
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等離子體云事實(shí)上相對(duì)于固體激光是透明的,因此等離子體輔助熔化切割只能使用 CO2激光。 # y7 }# {4 k5 f, U2 ^' L1 Q
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氣化切割
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氣化切割將材料蒸發(fā),盡可能減小了對(duì)周圍材料的熱效應(yīng)影響。采用連續(xù) CO2 激光加工蒸發(fā)低熱量、高吸收的材料就可以達(dá)到上述效果,例如薄的塑料薄膜以及木材、紙、泡沫等不熔化的材料。
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超短脈沖激光使這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光并劇烈升溫。激光脈沖不與熔融的粒子和等離子體反應(yīng),材料直接升華,沒有時(shí)間將能量以熱量的形式傳給周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時(shí)沒有明顯的熱效應(yīng),沒有熔化和毛刺形成。
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圖3 氣化切割:激光使材料蒸發(fā),燃燒。蒸氣的壓強(qiáng)使熔渣從切口排出 7 b% E( {& ?* U& K# `
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參數(shù):調(diào)整加工過程
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許多參數(shù)影響激光切割過程,其中一些取決于激光器和機(jī)床的技術(shù)性能,而另一些是變化的。 1 q# g/ p# G t" d8 S
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偏振度
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: k; z$ w* [; A/ A偏振度表明多少百分比的激光被轉(zhuǎn)換。典型的偏振度一般在 90% 左右。這對(duì)于高質(zhì)量的切割已經(jīng)足夠了。 , n8 n$ j5 J8 A$ a' d8 k
- H# p8 P8 g1 |1 W+ J# d4 [* f焦點(diǎn)直徑 % P' n* U7 ^" Y0 T
7 L' s& ^+ A. l焦點(diǎn)直徑影響切口寬度,可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點(diǎn)直徑。更小的焦點(diǎn)直徑意味著更窄的切口。 ' e9 A: Y# K, H8 r& ~! I
1 S. y: b0 M3 A% ~+ J焦點(diǎn)位置
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焦點(diǎn)位置決定了工件表面上的光束直徑和功率密度以及切口的形狀。 $ V- J3 J: F4 o# L& q. U1 @
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1 r* h1 y8 V! M" y* f( g圖4 焦點(diǎn)位置:工件內(nèi)部,工件表面和工件上方
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- h" {0 d7 k2 j. }; W1 ?2 D3 L+ J5 T激光功率 ( o) L( M" L' S& @5 ]% A. k4 @5 i
, i: @6 _6 Z. B9 b" l& A激光功率應(yīng)和加工類型、材料種類和厚度相匹配。功率必須足夠高以至于工件上的功率密度超出加工閾值。
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圖5 更高的激光功率可以切割更厚的材料
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& c( n8 x6 Y1 d1 M工作模式
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: K( k# k/ F3 x; O' a% Z連續(xù)模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金屬和塑料的標(biāo)準(zhǔn)輪廓。而為了熔化穿孔或者產(chǎn)生精密的輪廓,則采用低頻的脈沖激光。
0 N. b8 U/ f2 E5 Z) H& e8 a切割速度 - z o, ~; @# J; b& F: e2 ]
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激光功率和切割速度必須互相匹配。太快或者太慢的切割速度都會(huì)導(dǎo)致粗糙度的增加和毛刺的形成。
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# p" G. k, m1 C5 k; E. D' D圖6 切割速度隨著板材厚度增加而降低
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噴嘴直徑
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噴嘴的直徑?jīng)Q定了從噴嘴中噴出的氣體流量和氣流形狀。材料越厚,氣體噴流的直徑也要越大,相應(yīng)地,噴嘴口的直徑也要增大。
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氣體純度和氣壓 , M0 Q. F* ~" a: a" B: y: [
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氧氣和氮?dú)饨?jīng)常用作切割氣體。氣體的純度和氣壓影響切割效果。 - M" z: k3 A' g3 q; W" C4 n
4 h$ ^8 M! O" V, ~采用氧氣火焰切割時(shí),氣體純度需達(dá)到 99.95 %。鋼板越厚,采用的氣體氣壓越低。 - U N) }6 d! C( ]4 {/ m" Q
) j' r3 v8 A9 d, a) z- S采用氮?dú)馊刍懈顣r(shí),氣體純度需要達(dá)到 99.995 %(理想情況是 99.999 %),熔化切割厚鋼板時(shí)需要更高的氣壓。 $ W9 [! j- @' e7 t1 B$ c K
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技術(shù)參數(shù)表
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3 O, i$ f" @; Q3 m) g% T% L, n3 x在激光切割早期,使用者必須通過試運(yùn)轉(zhuǎn)自行決定加工參數(shù)的設(shè)置,F(xiàn)在,成熟的加工參數(shù)被存儲(chǔ)在切割系統(tǒng)的控制裝置中。對(duì)于每一種材料類型和厚度,都有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。技術(shù)參數(shù)表使得即使不熟悉這種技術(shù)的人也能順利操作激光切割設(shè)備。
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# [; e, w W4 m6 n" S激光切割質(zhì)量評(píng)價(jià)因素 0 `8 [% [9 O) ?1 a
4 G8 c+ w" D4 N1 B有許多判定激光切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。像毛刺形式、凹陷、紋路等標(biāo)準(zhǔn)可以用肉眼判定;垂直度、粗糙度和切口寬度等則需要采用專用儀器來測(cè)量。材料沉積,腐蝕,熱影響區(qū)域和變形也是衡量激光切割質(zhì)量的重要因素。
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圖7 好的切割,壞的切割。評(píng)價(jià)切割邊緣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn) 7 u- ?5 s7 }; j. k4 T
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