对影响激光切割机切割质量因素的分析
  • 技术应用
  • 2016-02-16 17:02
  • 中国剪板机网
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  •   随着制造业及激光应用技术的快速发展,激光加工已应用于很多工艺领域,成为一种常用的金属加工手段。从2011年中国国际工业博览会(CF2011)之数控机床与金属加工展览会上可以看出,激光加工机床在金属加工机床展品中占据了很大的比重,据不完全统计,本届展会上共展出用于金属加工的数控激光切割机44台。激光切割机之所以备受金属加工领域青睐,得益于近10年来我国对激光切割应用技术的研究。就加工金属板材而言,采用激光切割工艺不仅可以节约昂贵的模具费用,而且可以缩短加工周期。在产品更新周期越来越短的今天,激光切割工艺对新品开发,单件小批量生产和多品种轮番生产有着明显的优势。鉴于上述优点,同时考虑激光切割工艺的特殊性,本文分析影响切割质量的主要因素。

      1激光切割机特性对切割质量的影响1.1激光发生器结构每个激光器内部结构不太一样,CO.激光发生器市场上主要有两种:高速轴流型和三轴正交型。高速轴流型激光光轴方向和激光气体流动方向一致,气体流动速度快,但是气流不稳定,容易发生摇动,所以高精密度的加工很难;三轴正交型激光光轴方向、激光气体流动方向和放电方向相互正交,气体流动速度较低,气流相对稳定,激光输出光束特性相对稳定,但是由于电能产生的热量高,所以,必须采用高性能的冷却装置°3.从目前应用来看,上述两种激光发生器均基金项目:2011年度江苏省科技成果转化项目资助(BA2011能够获得很好的光束输出质量,满足激光切割的要求。

      0B:三轴IE交型激光发生器1.2激光发生器产生的模态不同厂家生产的激光发生器产生的模态有所不同,依次是不同激光发生器产生的TEM,TEMi,TEMw光束模态图形及相应的能量分布示意图。如果产生的模态不好的话,很难对加工材料进行完全切断,特别是厚板的切割。

      光束模态图形及相应能量分布通过大量的试验研究证明,TEM模适合薄板的高速切割,TEMi和TEMi.模适合薄板和中厚板的切割,TEM和TEM2.主要适合厚板的切割加工。所以目前市场上的激光切割机大部分以TEM0PTEMt.为主。

      1.3激光切割机外光路设计激光发生器输出的激光本身具有定的发散角(大多数发生器的发散角都在i.5mrad以内),同时光腰位置也各不相同。各机床厂家会根据激光发生器输出激光的特性来设计自身的外光路系统,设计的最终目的就是保证激光切割机在整个加工范围内能够获得相对稳定的光束品质,常用的外光路设计有等光程机构、扩束镜片机构和可调曲率镜片机构。等光程设计相对比较直观,容易实现整个加工范围内最佳的光腰位置,但是需要增加套伺服电机,制造成本相对较高;扩束镜片设计相对简单,主要根据机床上各镜片的安装位置来计算出凹面镜和凸面镜的曲率大小,扩束状态取决于工作距离,加工范围,发生镜片尺寸和激光光束的传导特性等;可调曲率镜片应用起来相对复杂,主要需要进行大量的切割工艺试验才能够得出相对可靠的曲率大小,从而能够通过实时改变曲率大小来保证激光切割质量2. 2激光切割加工工艺参数对切割质量的影响2.i焦点位置焦点位置对切割表面的粗糙度影响较大,不同材料对焦点的位置要求不同。比如切割碳钢时焦点在板材的上表面;不锈钢焦点在板材的i/2左右;铝合金焦点位置接近下表面。同时随着使用过程中聚焦镜片的污染,焦点位置会适当向上移动,调整焦点位置的过程中也应该考虑这方面的影响H. 2.2切割速度当激光功率和辅助气体压力一定时,切割速度与切缝宽度保持一种非线性反比关系。当切割速度提高时,切缝宽度减小;当切割速度降低时,切缝宽度反而将会增大。切割速度与切割断面表面粗糙度呈现一种抛物线关系,随着切割速度降低,断面表面粗糙度增加,随着切割速度的增加,表面粗糙度有所改善,当达到一个最佳切割速度时,此时的切割断面表面粗糙度最小。当切割速度增加到一定值后就出现无法切透板材现象。

      2.3激光输出功率激光功率大小对切割厚度、切割速度、切缝宽度和切割质量都有很大的影响。一般说来,激光功率越大,所能切割的板厚越厚,切割速度也能够提高。在一定板厚和切割速度下,有一个最佳的激光功率范围,在这个范围内切割面的粗糙度最小,偏离最佳功率范围粗糙度就会增加。进步增加或者减小功率,就会产生过烧或者挂渣缺陷。

      3切割辅助气体对切割质量的影响切割辅助气体包括氧气、氮气和压缩空气三种。氧气主要用于切割低碳钢板材,氧气纯度越高,切割面越光亮,氧气中含有水分,杂质的话,严重影响切割表面粗糙度。厚板切割时要想取得很好的切割质量建议采用纯度在99. 95%以上的氧气,碳钢板材越厚所使用的氧气压力越低;氮气主要用于不锈钢和铝合金材料的切割,板材厚度越厚采用的氮气压力越高,纯度较低的氮气会导致切割面发黄,光亮度降低;压缩空气主要用来对3mm以下的薄板进行切割,对于中厚板材很难实现良好的切割。

      4结语影响切割质量的因素有很多,上述主要列举了主要因素,其次比如被加工板材自身的质量,光路中镜片的质量,光路的同心度,喷嘴的形状和直径,喷嘴和被加工板面的距离等等都会对激光切割质量产生影响H.所以,对于激光机床制造商来说要考虑根据激光发生器自身特性来设计完善的外光路系统,而对于最终用户来说必须根据实际加工情况合理选择适当的切割工艺参数,两者结合起来才能够获得最佳的切割质量。

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