激光切割工艺.pptx
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1、激光工艺培训 一、激光切割机介绍1、定义:(1)主要用于将板材切割成所需形状工件的激光加工机床。(2)利用激光束的热能实现切割的设备,就是将激光束照射到工件外表时释放的能量来使工件融化并蒸发,以到达切割和雕刻的目的,具有精度高,切割快速,不局限于切割图案限制,自动排版节省材料,切口平滑,加工本钱低等特点,将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。2、激光切割机的主要组成:1激光器按工作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。由于He-Ne(氦氖)气体激光器所产生的激光不仅容易控制,而且方向性、单色性及相干性都比较好,因而在机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加工
2、中那么要求输出功率与能量大,目前多采用二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕钇铝石榴石)等固体激光器。2主机按切割柜与工作台相对移动的方式,可分为以下三种类型:1在切割过程中,光束由割炬射出与工作台都移动,一般光束沿Y向移,工作台在X向移。2在切割过程中,只有光束割炬移动,工作台不移动。3在切割过程中,只有工作台移动,而光束割炬那么固定不动。3冷却系统4供气系统 气源:瓶装气、压缩空气空气压缩机、冷干机 过滤装置 管路 5电源 三相电压稳定度5%电源不平衡度2.5%6控制系统导光聚焦系统根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位,这种从激光器输出窗口到被加工工件
3、之间的装置称为导光聚焦系统。激光加工系统激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的开展,许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动,实现激光加工的连续工作。3、加工原理:將数字信息送入专用的或通用的计算机,计算机对输入的信息进行处理和运算,发出各种指令來控制机床的伺服系統或其它执行元件,使机床自动加工出所需要的工件或产品.By Jin 3015数控切割机的主要技术参数:数控切割机的主要技术参数:1切割区域:切割区域:3048 mm x 1524 mm2Z 轴行程:轴行程:70 mm3机器精度,根据机器精度,根据VDL/DGQ 3441:0.1
4、mm/m4重复精度:重复精度:0.05mm5X、Y 轴最大定位速度:轴最大定位速度:100 m/min6 X、Y 轴最大联动定位速度:轴最大联动定位速度:141m/min7最大轴向加速度:最大轴向加速度:8m/S28最大切割速度:50m/min9机器自重:约12,000kg10颜色标准:NCS S 0585-Y80R;NCS S 7020-R60B11工作台最大承重:750kg 3000X1500X20mm12交换切割台交换时间:约35秒机床精度VDL/DGQ3441测量长度1m。切割精度与板材厚度和质量有关。二、激光切割方法 2.1 激光熔化切割激光熔化切割 在激光熔化切割中,工件被局部熔化
5、后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2105 W/cm2之间。2.2 激光火焰切割激光火焰切割激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作
6、为切割气体。借助于氧气和加热后的金使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用,产生化学反响使材料进一步加属之间的相互作用,产生化学反响使材料进一步加热。由于此效应,对于相同厚度的结构钢,采用该热。由于此效应,对于相同厚度的结构钢,采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。度、增加的热影响区和更差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时
7、是不好激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的有烧掉尖角的危险。可以使用脉冲模式的激的有烧掉尖角的危险。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。光来限制热影响。所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下,限制因数就是氧气的供给和材料的热定的情况下,限制因数就是氧气的供给和材料的热传导率。传导率。2.3 激光气化切割激光气化切割在激光气化切割过程中,材料在割缝处发生气在激光气化切割过程中,材料在割缝处发生气化,此情况下需要非常高的激光功率。化,此情况下需要非常高的激光功率。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的
8、厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须防止有熔化材料排除的情况下。只适合于应用在必须防止有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。在板材厚度一定的情况下,最大切割速度反比在板材厚度一定的情况下,最大切割速度反比于材料的气化温度。于材料的气化温度。所需激光功率密度要大于所需激光功率密度要大于108W/cm2,并且取,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下,假设有足够的激光在板材厚度一定的情况下,假设有足够
9、的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。激光切割示意图激光切割的特点激光切割的特点(1)几几乎乎对对所所有有的的金金属属和和非非金金属属材材料料都都可可以以进进行行激激光加工。光加工。(2)激激光光能能聚聚焦焦成成极极小小的的光光斑斑,可可进进行行微微细细和和精精密密加工,如微细窄缝和微型孔的加工。加工,如微细窄缝和微型孔的加工。(3)可可用用反反射射镜镜将将激激光光束束送送往往远远离离激激光光器器的的隔隔离离室室或其它地点进行加工。或其它地点进行加工。(4)加加工工时时不不需需用用刀刀具具,属属于于非非接接触触加加工工,无无机机械械加工变形。
10、加工变形。(5)无无需需加加工工工工具具和和特特殊殊环环境境,便便于于自自动动控控制制连连续续加工,加工效率高,加工变形和热变形小。加工,加工效率高,加工变形和热变形小。激光切割技术 激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度直接影响切割的效率和质量。焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2 ,一般大功率CO2 激光切割工业应用中广泛采用127-190mm的焦距。实际焦点光斑直径在0.1-0.4mm之间。激光穿孔技术:任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都需在板上穿一小孔。激光切割机有2种穿孔
11、的根本方法:爆破穿孔法和脉冲穿孔法。喷嘴设计及气流控制技术:目前激光切割用喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔,通常用实验和误差的方法进行设计。激光切割的工艺分析激光切割的工艺分析激光切割是熔化与汽化相结合的过程,影响其切割质量的因素很多,除了机床、加工材料等硬件因素之外,其他软件因素也对其加工质量有很大的影响。根据实际切割中出现的问题,结合激光切割本身的特点,研究这些软件因素对加工质量的影响正是计算机辅助工艺设计的根本内容,具体包括以下几点:打孔点的选择,根据实际情况确定打孔点位置;辅助切割路径的设置 激光束半径补偿和空行程处理;通过板材优化排样来节省材料尽可能提高板材利用率;结合零件
12、套排问题的路径选取;考虑热变形等加工因素影响后的路径。三、加工过程“加工过程指激光光束、加工气体和工件之间的相互作用。3.1 切割过程切割过程该过程发生的区域是切割之前。作用在该切割之前的激光必须加热工件到把材料熔化和气化所需的温度。切割平面由一个几乎垂直的平面组成,该平面被吸收的激光辐射加热并熔化。在激光火焰切割中,该熔化区被进入割缝的氧气流进一步加热,到达接近沸点的温度。产生的气化把材料移走。同时,借助于加工气体,液化材料从工件下部排出。在激光熔化切割中,液化材料随气体排出,该气体也保护割缝以防氧化。连续的熔化区沿着切割方向逐渐滑移。因而得到一条连续割缝。激光切割过程的许多重要活动发生在该
13、区域。对这些活动的分析可以得到激光切割的重要信息。这样,就可以计算切割速度并解释牵引线特性的形成。3.2 材料特性材料特性在工件上进行切割活动的结果可能是整洁的切口,或者相反,边缘粗糙或过烧。影响切割质量最重要的因数是:合金成份 合金成份在一定程度上影响着材料的强度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。铁合金材料中的一些重要元素有:碳、铬、镍、镁和锌。碳含量越高,材料越难切临界值认为是含碳0.8。以下型号碳钢用激光切割效果是很好的:Q235,StW 22低硅低碳铝镇静钢,材料的微观结构 一般来说,组成材料的颗粒越细,切割边缘的质量越好。n外表质量、外表粗糙度n如果外表有生锈区域或氧化层,那么切割
14、的轮廓将不规那么并出现许多破损点。n如果要切割波纹板,就选择最大厚度切割参数。n外表处理n 最常用的外表处理有镀锌、聚焦镀锌、涂漆、阳极电镀或覆盖分层塑料胶片。n 用锌处理过的板材易于在边缘出现挂渣。n 对于涂漆的板材,切割质量依赖于所涂产品成份的组成。n 如何进行涂漆材料的加工:n 第一趟选择一组功率小雕刻的用于对处理外表作预烧打标的参数。n 第二趟选择一组用于材料切割的参数。n有分层材料涂层的板材非常适合激光切割。为了使电容式探测无故障工作,让分层涂层得到最优粘合,防止产生浮泡,分层边必须总是在切割工件的上部。n光束反射n光束在工件外表如何反射取决于根本材料、外表粗糙度和处理。一些铝合金、
15、铜、黄铜和不锈钢板材具有高反射率的特点。n切割这些材料时,要特别注意调节好焦点位置。n热传导率n焊接时,低热传导率的材料,和高热传导率的材料相比,需要更小的功率。n比方,对于铬镍合金钢,所需的功率要小于结构钢的,对加工产生的热的吸收也更少。n另一方面,比方铜、铝和黄铜这些材料散失掉一大局部通过吸收激光产生的热。因为热从光束目标点处传导开了,所以热影响区的材料更难熔化了。热影响区 激光火焰切割和激光熔化切割会导致切割材料边缘区域发生材料变异。当加工低碳钢或无氧钢时,热影响区的淬火减少了。对于高碳钢60#,会出现边缘区域变硬的现象。对于硬轧铝合金,热影响区甚至会比其余局部稍微软一些。熔点热熔解气化
16、温度3.3 不同材料的可加工性不同材料的可加工性n结构钢结构钢n该材料用氧气切割时会得到较好的结果。该材料用氧气切割时会得到较好的结果。使用使用CW模式激光。当加工非常小的曲线控制模式激光。当加工非常小的曲线控制系统改变进给速率时,它通过调节使激光功系统改变进给速率时,它通过调节使激光功率和轴进给速率相适应。率和轴进给速率相适应。n当用氧气作为加工气体时,切割边缘会轻当用氧气作为加工气体时,切割边缘会轻微氧化。对于厚度达微氧化。对于厚度达4mm的板材,可以用氮的板材,可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下,气作为加工气体进行高压切割。这种情况下,切割边缘不会被氧化。切割边缘不会被氧化。
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