激光切割加工技术详解
激光切割技术是利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大,在蒸气喷出的同时,在材料上形成切口。
简介
利用激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢,在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢,但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的最大厚度可增加到20mm,但切割部件的尺寸误差较大。
激光切割设备的价格相当贵,约150万元以上。但是,由于降低了后续工艺处理的成本,所以,在大生产中采用这种设备还是可行的。由于没有刀具加工成本,所以激光切割设备也适用生产小批量的原先不能加工的各种尺寸的部件。激光切割设备通常采用计算机化数字控制技术(CNC)装置,采用该装置后,就可以利用电话线从计算机辅助设计(CAD)工作站来接受切割数据。
原理
激光切割是利用经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、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大,在蒸气喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要很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、塑料和橡皮等)的切割。
激光熔化切割
激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。
激光氧气切割
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。
特点
激光切割与其他热切割方法相比较,总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。
⑴ 切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快,因此激光切割能够获得较好的切割质量。
① 激光切割切口细窄,切缝两边平行并且与表面垂直,切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
② 切割表面光洁美观,表面粗糙度只有几十微米,甚至激光切割可以作为最后一道工序,无需机械加工,零部件可直接使用。
③ 材料经过激光切割后,热影响区宽度很小,切缝附近材料的性能也几乎不受影响,并且工件变形小,切割精度高,切缝的几何形状好,切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
⑵ 切割效率高
由于激光的传输特性,激光切割机上一般配有多台数控工作台,整个切割过程可以全部实现数控。操作时,只需改变数控程序,就可适用不同形状零件的切割,既可进行二维切割,又可实现三维切割。
⑶ 切割速度快
用功率为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,切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定,既可节省工装夹具,又节省了上、下料的辅助时间。
⑷ 非接触式切割
激光切割时割炬与工件无接触,不存在工具的磨损。加工不同形状的零件,不需要更换“刀具”,只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低,振动小,无污染。
⑸ 切割材料的种类多
与氧乙炔切割和等离子切割比较,激光切割材料的种类多,包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料,由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同,表现出不同的激光切割适应性。
⑹ 缺点
激光切割由于受激光器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。
激光切割设备费用高,一次性投资大。
主要特性
切缝窄工件变形小
激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度。这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,材料很快加热至汽化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切边受热影响很小,基本没有工件变形。
切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料,同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气,棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜,防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。
大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业,许多金属材料,不管它是什么样的硬度,都可以进行无变形切割。当然,对高反射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是好的传热导体,因此激光切割很困难,甚至不能切割。激光切割无毛刺、皱折、精度高,优于等离子切割。对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能方便切割不同形状与尺寸的工件,它往往比冲切、模压工艺更被优先选用;尽管它加工速度还慢于模冲,但它没有模具消耗,无须修理模具,还节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,所以从总体上考虑是更合算的。
无接触加工
激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点,把它应用于切割有许多特点。首先,激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内,可提供
⑴狭的直边割缝;⑵最小的邻近切边的热影响区;⑶极小的局部变形。
其次,激光束对工件不施加任何力,它是无接触切割工具,这就意味着⑴工件无机械变形;⑵无刀具磨损,也谈不上刀具的转换问题;⑶切割材料无须考虑它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性强,并有高的适应性和柔性,因而⑴与自动化设备相结合很方便,容易实现切割过程自动化;⑵由于不存在对切割工件的限制,激光束具有无限的仿形切割能力;⑶与计算机结合,可整张板排料,节省材料。
适应性和灵活性
与其它常规加工方法相比,激光切割具有更大的适应性。首先,与其他热切割方法相比,同样作为热切割过程,别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域,结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属,而其它热切割方法则不能。
激光刀模模切机用途优势和使用方法
激光刀模切割机是近几年才发展起来的模切机,该设备主要利用激光的强能量性对刀模板进行高深度烧蚀,从而达到安装切割刀的目的。
这种刀模加工工艺与传统的加工工艺相比工作效率高。传统加工方式受场地设备的影响而加工速度慢;而激光刀模机是大幅面、非接触式的,可以24小时全程运行。
所以,对于激光刀模切割机的应用可以明显加速企业的发展,提高经济效益。在印刷行业主要应用于纸箱模型的切割、裁剪等。
激光刀模模切机有几个优势:
(1)设计简单。传统加工是在刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制,而后进行刀模切割;而使用了激光刀模机后,设计就可以直接在计算机上进行,不需要任何描绘。
(2)误差小。在传统制作中,刀模板是通过锯床锯的,在移动的过程中就会形成错位而产生误差;而激光刀模机是全自动运行,不需要人工干预的。
(3)激光刀模机的工作流程是: 首先在AUTOCAD或CORELDRAW里将需要制作的刀模设计好,再存储为相应的图形格式,如DXF、PLT格式。打开生产企业的专业控制软件,将文件导入,设置好相应的参数后开动设备就可以运行了。
制作激光刀模所需要配置:制作激光刀模机
所需的配套设备主要有:激光刀模机,电脑弯刀机,激光刀模绘图机。
激光刀模与传统刀模的区别
根据实际情况处置好,激光刀模的工作流程是首先在AUTOCA D或其它一些针对刀模开发的软件将需要制作的刀模设计好。再存储为相应机器受理的文件格式,即可启动激光刀模切割机进行切割,用电脑弯刀机进行弯刀。弯刀出来后有些地方需要经过手动弯刀机进行修整。完成后装置模切刀线制作成刀模成品。
传统的手工刀模,通过锯床锯的移动的过程中就会形成错位而产生误差;加工速度慢;而使用了激光切割机后,激进刀模制作是刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制。绘图设计就可以直接在计算机上进行,刀模板是由激光切割机全自动运行切割成型,不需要人工干预。误差小,速度快。对于激光刀模切割机的应用可以明显加速企业的发展,提高经济效益。
激光刀模机的操作要领
随着数控,机床等机械行业的发展,激光刀模切割机的应用也越来越广泛,因此了解激光刀模切割机的操作应用要领非常关键,对激光刀模切割器的安全生产格外重要。
1、激光刀模切割机和别的数控机床一样,操作前必须穿戴劳保用品。
2、操作者必须经过严格培训,才能上岗,对不要不熟悉激光刀模切割机操作要领的人员,不能上岗操作。
3、严格按照激光刀模切割机操作规范流量作业。
4、经常检查电路,确保电路正常,以免漏电造成事故。
5、对于不能使用激光刀模的材料,不能使用该设备。
6、注意做好厂房的通风透气工作。
7、如果激光刀模切割器遇到故障,不要擅自维修,必须专门的维修人员维修。
8、保持设备的清洁卫生。
9、设备用过后要关闭所有电源,并清理工作场地。产品材料摆放整齐。
激光切割机水箱与镜片的保养清洁技巧
一、水的更换与水箱的清洁
1、建议:每星期清洗水箱与更换循环水一次
2、注意:机器工作前一定保证激光管内充满循环水。
循环水的水质及水温直接影响激光管的使用寿命,建议使用纯净水,并将水温控制在35℃以下。如超过35℃需更换循环水,或向水中添加冰块降低水温,(建议用户选择冷却机,或使用两个水箱)。
清洗水箱:首先关闭电源,拔掉进水口水管,让激光管内的水自动流入水箱内,打开水箱,取出水泵,清除水泵上的污垢。将水箱清洗干净,更换好循环水,把水泵还原回水箱,将连接水泵的水管插入进水口,整理好各接头。把水泵单独通电,并运行2-3分钟(使激光管充满循环水)。
二、镜片的清洁
1、建议每天工作前清洁,设备须处于关机状态
雕刻机上有1块反射镜与1块聚焦镜(反射镜位于激光头固定部分的顶部,聚焦镜位于激光头下部可调节的镜筒中),激光是通过这些镜片反射、聚焦后从激光头发射出来。镜片很容易沾上灰尘或其它的污染物,造成激光的损耗或镜片损坏。反射镜片与聚焦镜需要从镜架中取出,将蘸有清洗液的擦镜纸小心地沿镜片中央向边缘旋转式擦拭。擦拭完毕后原样装回即可。
2、注意:①镜片应轻轻擦拭,不可损坏表面镀膜;②擦拭过程应轻拿轻放,防止跌落;③聚焦镜安装时请务必保持凹面向下。
刀模激光切割技术的问世有利于可持续发展
激光切割的不断发展,也带动了刀模激光切割机技术的发展和提高,这项技术的问世代替了传统的手工技术,在一定意义上提高了工作效率,改善了工作模式。
刀模激光切割机主要利用激光的强能量性对刀模板进行高深度烧蚀,从而达到安装切割刀的目的。刀模激光切割是一种全新自动化的加工方法,有着精确、快捷、操作简单的优势。用户可以任意制定产品的形状、大小进行快速成型,在图像输入电脑的时候可以任意的更改或变换,使你的工作效率跟快。
首先,刀模激光切割机技术提供了百分之百的储蓄刀模具技术,无需模具是否平坦或柔软。激光生产工具可以提供多种精度、深度切割,并且可以进行切削和穿孔切割。同时激光切割机可以很大程度上转换废品,不仅可以节约成本而且也为当今可持续发展做了一大贡献。
其次,刀模激光切割技术比传统技术工作效率高,激光头可以固定光路,可以高强度的稳定机床,同时工作的时候不需要辅助气体,操作的时候简单方便。
刀模激光切割机是一项运用激光来对材料进行加工的新技术,刀模激光切割技术应用范围非常的广泛,在皮革制造业中使用的特别多,可以进行高精度的工艺加工,使用时灵活性高。