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激光切割的分类及应用范围

作者: 点击:849 发表时间:2022-02-21

激光切割可分为四类:激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划线和可控断裂。

1) 激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件,温度迅速升高,在极短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化形成蒸汽。这些蒸汽以高速喷出,在喷出蒸汽的同时,在材料中形成切口。材料的汽化热一般较大,因此激光汽化切割需要较大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡胶等)的切割。
2) 激光熔切
激光熔化切割时,通过激光加热熔化金属材料,然后通过与光束同轴的喷嘴喷出非氧化性气体(Ar、He、N等),气体的强大压力使液态金属被排出,形成切口。激光熔化切割不需要将金属完全汽化,所需能量仅为汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于切割一些不易氧化或活性金属的材料,如不锈钢、钛、铝及其合金。
3)激光氧气切割
激光氧气切割的原理类似于氧乙炔切割。它使用激光作为预热热源,使用氧气等活性气体作为切割气体。一方面,吹出的气体与切削金属发生氧化反应,释放出大量的氧化热;另一方面,熔融氧化物和熔体从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应会产生大量热量,因此激光氧气切割所需的能量仅为熔化切割的1/2,切割速度远高于激光蒸汽切割和熔化切割。激光氧切割主要用于碳钢、钛钢、热处理钢等易氧化金属材料。
4) 激光划片和可控断裂
激光划片是利用高能量密度的激光扫描脆性材料表面,使材料受热蒸发成小凹槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿着表面移动。脆性材料。凹槽裂开。用于激光划片的激光器一般为调Q激光器和CO2激光器。
使用激光开槽时产生受控断裂由此产生的陡峭温度分布在脆性材料中产生局部热应力,导致材料沿小凹槽断裂。
特征
与其他热切割方法相比,激光切割普遍具有切割速度快、质量高的特点。具体概括为以下几个方面。
⑴切割质量好
由于激光光斑小,能量密度高,切割速度快,激光切割可以获得更好的切割质量。
①激光切割切口细而窄,切口两侧平行和垂直于表面,切割部位尺寸精度可达±0.05mm。
② 切割面光滑美观,表面粗糙度只有几十微米,甚至可以用激光切割作为一道工序,无需机械加工,零件可直接使用。
③ 材料激光切割后,热影响区宽度很小,切缝附近的材料性能几乎不受影响,工件变形小,切割精度高,几何形状切缝好,切缝的横截面形状比较规则的长方形。激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的对比见表1,切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。
2 切割效率高 由于激光的传输特性,激光切割机一般配备多个数控工作台,整个切割过程可以完全数控。操作时,只需改变数控程序,即可适用于不同形状零件的切割,既可实现二维切割,也可实现三维切割。
⑶ 切割速度快
使用功率1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板,切割速度可达600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯树脂板时,切割速度可达1200cm/min。激光切割时材料无需夹钳固定,既节省了工装夹具,又节省了上下料的辅助时间。
⑷ 非接触切割
激光切割时割炬与工件无接触,无刀具磨损。加工不同形状的零件,无需更换“工具”,只需改变激光器的输出参数即可。激光切割过程噪音低、振动小、无污染。
⑸ 切削材料种类繁多
与氧乙炔切割和等离子切割相比,激光切割材料的种类很多,包括金属、非金属、金属基以及非金属基复合材料、皮革、木材和纤维等。但对于不同的材料,由于其自身的热物理性质和对激光的吸收率不同,表现出不同的激光切割适应性。使用CO2激光,各种材料的激光切割性能如表2所示。
⑹ 激光切割的缺点 由于激光功率和设备体积的限制,激光切割只能切割中小厚度的板材和管材,而且随着工件厚度的增加,切割速度明显下降。
激光切割设备成本高,一次性投资大。
主要特点
狭缝工件变形小
激光束聚焦成一个小光点,因此可以在焦点处实现高功率密度。此时,光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分,材料迅速加热到汽化水平,汽化形成孔洞。当光束相对于材料线性移动时,孔连续形成狭窄的狭缝。切削刃受热影响较小,工件基本无变形。
在切割过程中还添加了适合被切割材料的辅助气体。切割钢时,氧气作为辅助气体与熔融金属发生放热化学反应,使材料氧化,同时有助于吹走切口中的熔渣。压缩空气用于切割聚丙烯等塑料,惰性气体用于切割棉花和纸张等易燃材料。进入喷嘴的辅助蒸汽也会冷却聚焦透镜,防止烟雾进入透镜架污染透镜并导致其过热。
大多数有机和无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统发挥重要作用的金属加工行业中,许多金属材料,无论其硬度如何,都可以在不变形的情况下进行切割。当然,对于高反射材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是很好的传热导体,因此激光切割是困难的,甚至是不可能的。激光切割无毛刺、皱纹、精度高,优于等离子切割。对于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可以轻松切割不同形状和尺寸的工件,因此往往优于冲压和成型工艺;虽然它的加工速度仍然比冲模慢,但它没有模具消耗,无需修模,节省了更换模具的时间,从而节省了加工成本降低了生产成本,所以总体来说性价比更高。
非接触式加工
激光束聚焦形成一个非常小的作用点,具有极强的能量。将其应用于切割有许多特点。首先,激光能量转化为惊人的热能并保持在很小的区域内,可以提供(1)窄直边切口; (2) 靠近切边的小热影响区; (3) 局部变形极小。其次,激光束不对工件施加任何力,它是一种非接触式刀具,这意味着(1)工件没有机械变形; (2)不存在刀具磨损,不存在刀具转换问题; (3)切割材料不需要考虑其硬度,即激光切割能力不受被切割材料硬度的影响,任何硬度的材料都可以切割。第三,激光束可控性强、适应性强、灵活性强,因此(1)与自动化设备结合非常方便,易于实现切割过程的自动化; (2)由于对切割工件没有限制,激光束具有无限模仿性。形状切割能力; (3) 结合电脑,可整板卸料,节省材料。
适应性和灵活性
与其他常规加工方式相比,激光切割具有更大的适应性。首先,与其他热切割方法也属于热切割工艺相比,其他方法不能像激光束一样作用于极小的区域,导致切口宽,热影响区大,工件变形显着。激光可以切割非金属,而其他热切割方法则不能。
一般来说,激光切割质量可以通过以下6个标准来衡量。
⒈切削面粗糙度Rz
⒉切渣尺寸
⒊切削刃垂直度和坡度u
⒋切削刃圆角尺寸 r
⒌条纹回拖n
⒍平面度 F
应用范围
大型大多数激光切割机由CNC程序控制或制成切割机器人。作为一种精密加工方法,激光切割几乎可以切割所有材料,包括薄金属片材的二维或三维切割。
在汽车制造领域,车顶窗等空间曲线切割技术得到了广泛应用。德国大众汽车公司使用功率为500W的激光切割复杂形状的车身板材和各种弯曲零件。在航空航天领域,激光切割技术主要用于切割特殊航空材料,如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷和石英等。激光切割加工的航空航天零件包括发动机火焰管、钛合金薄壁外壳、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼桁架、尾板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成型技术也广泛应用于非金属材料领域。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化硅、陶瓷、石英等,还可以切割柔性材料,如布、纸、塑料板、橡胶等。提高3倍以上。

郑州玉花钢铁有限公司是一家专业从事钢材加工、激光切割、钢板折弯等加工技术的企业。

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