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激光切割机的应用与介绍1

  2020-05-23         Chris         8090

激光切割机是将激光从激光器中发射出来,经过光路系统,集中成一束高功率密度的激光束
激光切割机的应用与介绍
激光切割机是将激光从激光器中发射出来,经过光路系统,集中成一束高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件达到熔点或沸点。与此同时,
高压气体与钢梁同轴,将吹走熔融或气化的金属。随着光束与工件的相对位置的运动,材料最终形成一个狭缝,从而达到切割的目的。激光切割加工是利用不可见光
横梁代替了传统的机械刀,具有精度高、切割快、不局限于切割图案、自动排版节省材料、切割流畅、加工成本低等优点,将逐步改进或取代传统的金属切削加工设备。机械
部分激光刀头与工件没有接触,因此不会划伤工件表面。激光切割速度快,切口平整光滑,一般无后续加工;切割热影响面积小,板材变形小,切口窄
(0.1mm~0.3mm);无机械应力,无剪切毛刺;加工精度高,重复性好,对材料表面无损伤;
1)介绍
和比较传统的氧乙炔,如等离子切割技术,激光切割速度、切缝窄、热影响区小,垂直度好,切边光滑的切口边缘,同时可以各种各样的激光切割材料,包括碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、织物、石英、陶瓷、玻璃、复合材料、全过程的角度,市场经济的快速发展和科学技术的快速发展,激光切割技术已广泛应用于汽车、机械、电力、五金电器等领域。近年来,激光切割技术以前所未有的速度发展,每年以15%~20%的速度增长。自1985年以来,中国一直以每年近25%的速度增长。
目前,我国激光切割技术的整体水平与先进国家仍有较大差距,因此激光切割技术在国内市场具有广阔的发展前景和巨大的应用空间。
在激光切割机的切割过程中,激光束通过切割头的透镜聚焦成一个小焦点,使聚焦达到一个高功率密度,其中切割头固定在z轴上。在这一点上,光束输入的热量远远超过了材料反射、传递或扩散的热量。
这种材料很快就被加热到熔化和汽化的温度。与此同时,高速气流将熔化和蒸发的材料吹出同轴或非同轴侧,形成材料切割的孔。当焦点相对于材料移动时,孔形成一个窄宽度的连续狭缝,完成材料的切割。
目前,飞行光路系统主要用于激光切割机的外光路。
激光发生器发出的光束通过反射器1、2、3到达切割头的聚焦透镜,聚焦后在待加工材料表面形成光斑。反射镜1固定在机身上,不移动。反射镜2随光束的运动沿x方向移动。反射镜3在z轴上随z轴的运动沿y方向移动。从图中不难看出,在切割过程中,随着光束在x方向移动,z轴在y方向移动,光路长度随时发生变化。
目前,由于制造成本等原因,民用激光发生器发射的激光束具有一定的发散角,呈“锥形”。当“锥”的高度变化时(相当于激光切割机路径的长度)
光束在聚焦透镜的表面发生变化。此外,光也具有波的性质,所以在传播过程中不可避免的会产生衍射,使光束在传播过程中横向膨胀。这种现象存在于所有的光学系统中,可以确定这些系统性能的理论极限。
因为高斯光束“锥形”和衍射光波,当光路的长度发生变化时,光束的直径在透镜表面的变化,这将导致焦点的大小和深度的变化,但对焦点位置几乎没有影响。如果在连续加工中焦点的大小和深度发生变化,必然会对加工产生很大的影响,例如,会造成割缝的宽度不一致,在同样的切削力下不会切割或烧蚀板材。
2)原则
激光是一种光,像其他自然光一样,是由原子(分子、离子等)的跃迁产生的。然而,它不同于普通的光,激光只依赖于自发辐射开始很短的时间内,和随后的过程是完全由兴奋性辐射,所以激光有一个非常纯粹的颜色,几乎没有分歧的方向,非常高的发光强度和高相干性。
激光切割是通过激光聚焦产生的高功率密度能量来实现的。由计算机控制,通过脉冲激光器放电,因此重复高频脉冲激光器的输出控制,形成一定的频率,梁的脉冲宽度,脉冲激光光束通过光路传输和反射和聚焦透镜组聚焦于加工表面,形成一种微妙的、能量密度高、强度、焦斑处理表面附近与瞬间高温熔融或气化材料加工。每一个高能激光脉冲瞬间在物体表面溅射出一个小孔。在计算机控制下,激光加工头与被加工材料按预先绘制的图形相对连续运动,
这样,物体就会被加工成想要的形状。
工艺参数(切割速度、激光功率、气压等)和运动轨迹由数控系统控制。炉膛内的炉渣在一定的压力下被辅助气体吹走。
3)主要流程
1. 汽化切割
在激光气化和切割的过程中,材料的表面温度以一定的速度上升到沸点,避免了传热引起的熔化,使一些材料汽化成蒸汽消失,一些材料被吹走
从狭缝的底部喷出的辅助气体流。这需要非常高的激光功率。
材料的厚度不能超过激光束的直径,以防止蒸汽在狭缝壁上凝结。因此,该工艺只适用于必须避免排除熔融材料的应用场合。这个过程实际上是唯一的
用于非常小的铁基合金领域。
这个过程不能用于材料,如木材和某些陶瓷,它们没有融化状态,因此不太可能让材料再次凝结。此外,这些材料通常用于实现更厚的切口。在激光气化切割中,对
最佳光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。
激光功率和气化热对最佳焦距只有一定的影响。在板厚一定的情况下,最大切割速度与材料的气化温度成反比。所需的激光功率密度大于108W/cm2,取决于材料、切割深度和光束聚焦。
在激光功率足够的情况下,板材厚度一定时,最大切割速度受气体射流速度的限制。
2. 融化和削减。
在激光熔切中,工件被部分熔化,熔化的材料被气流喷射出来。因为这种材料只在液态下传输,所以这个过程被称为激光熔切。
激光束加上高纯度的惰性切割气体,使熔化的材料离开狭缝,气体本身不参与切割。激光熔切比气化切割能达到更高的切割速度。气化通常比熔化这种材料需要更多的能量。在激光熔切中,激光束只被部分吸收。
最大切削速度随激光功率的增大而增大,随板厚和材料熔化温度的增大而减小。在激光功率一定的情况下,限制因素是狭缝处的压力和材料的导热系数。激光熔切铁钛材料,无需氧化切割。激光功率密度在104W/cm2到105w /cm2之间,产生熔化,但小于气化。
3、氧化熔融切割(激光火焰切割)。
熔化切割通常使用一种惰性气体,如果它被氧气或其他活性气体,这种材料被点燃一束激光的照射下,与氧有一场激烈的化学反应产生另一个热源,这样材料进一步加热,被称为氧化熔化切割。
由于这种影响,对于相同厚度的结构钢,用这种方法得到的切削速度要高于熔化切削得到的切削速度。另一方面,这种方法可能具有较低的缺口质量比熔化切割。事实上,它会产生更宽的裂缝
粗糙明显,热影响面积增加,边缘质量较差。激光火焰切割不适合加工精密模型和尖角(有烧断尖角的危险)。脉冲激光可以用来限制热冲击,激光的功率决定了切割速度。在激光功率一定的情况下,限制因素是氧的供应和材料的导热系数。
4. 控制断裂和切割。
对于易受热损伤的脆性材料,可采用激光束加热的方式进行高速可控切割,即受控断裂切割。这一切割过程的主要内容是:激光束加热小面积的脆性材料,在该区域造成较大的热梯度和严重的机械变形,导致材料中裂纹的形成。只要加热梯度是平衡的,激光束就可以将裂纹导向任何想要的方向。
The application and introduction of laser cutting machine part.1

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