激光切割工艺文档格式.docx
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40、0
50
3.5
10。
280
1、5
有机透明玻璃
10。
N2
80
0、7
氧化铝
1.0
O2
300
0、1
聚酯地毯
10、0
N2
260
0.5
棉织品(多层)
15、0
90
5
纸板
0、5
0.4
波纹纸板
8.0
N2
300
0.4
石英玻璃
9
60
0.2
聚丙烯
5。
70
聚苯乙烯
3、2
420
0、4
硬质聚氯乙烯
7。
120
0。
纤维增强塑料
3。
N2
3
木材(胶合板)
18。
0
20
1.0
450
—
500
150
6、0
1、2
600
0、15
2。
400
3.0
250
0.2
1、0
-
120
胶合板
18、0
350
表2常用材料得多模激光切割工艺参数
板厚/mm
切割速度/cmmin—1
切缝宽度/mm
功率/kW
铝
12
230
1
15
碳钢
6
230
304不锈钢
4.6
130
2
硼/环氧复合材料
8
165
15
纤维/环氧复合材料
460
25。
4
150
有机玻璃
25.4
150
1.5
8
玻璃
9。
4
20
混凝土
38
(2)激光功率
激光切割所需要得激光功率主要取决于切割类型以及被切割材料得性质。
汽化切割所需要得激光功率最大,熔化切割次之,氧气切割最小。
激光功率对切割厚度、切割速度与切口宽度等有很大影响。
一般激光功率增大,所能切割材料得厚度也增加,切割速度加快,切口宽度也有所加大。
激光功率与板厚与切割速度得关系见图2、激光功率对切口宽度得影响见图3。
(3)焦点位置(离焦量)
离焦量对切口宽度与切割深度影响较大。
离焦量对切口宽度得影响见图4。
一般选择焦点位于材料表面下方得约1/3板厚处,切割深度最大,切口宽度最小、采用激光功率为2。
3kW、切割不同厚度钢板时,离焦量对切割质量得影响见图5。
(4)焦点深度
切割较厚钢板时,应采用焦点深度大得光束,以获得垂直度较好得切割面。
但焦点深度大,光斑直径也增大,功率密度随之减小,使切割速度降低。
若要保持一定得切割速度,则需要增大激光得功率;
切割薄板宜采用较小得焦点深度,这样光斑直径小,功率密度高,切割速度加快。
(5)切割速度
切割速度直接影响切口宽度与切口表面粗糙度。
不同材料得板厚,不同得切割气体压力,切割速度有一个最佳值,这个最佳值约为最大切割速度得80%。
切割速度与材料板厚得关系见图6,图中得上、下曲线分别表示能够切透材料得最大与最小切割速度。
切割速度对切口宽度得影响见图7、切割速度对切口表面粗糙度得影响见图8。
(6)辅助气体得种类与压力
切割低碳钢较多采用O2作辅助气体,以利用铁-氧燃烧反应热促进切割过程,而且切割速度快,切口质量好,可以获得无挂渣得切口。
切割不锈钢时,常使用O2N2混合气体或双层气流。
单用O2在切口底边会发生挂渣。
氧气纯度对切割速度有一定得影响,研究表明,氧气纯度降低2%,切割速度就会降低
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123
50%、氧气纯度对切割速度得影响见图9。
气体压力增大,动量增加,排渣能力增强,因此可以使无挂渣得切割速度增加。
但压力过大,切割面反而会粗糙。
激光氧气切割时,氧气压力对切割速度得影响见图10。
从图10中可以瞧出,当板厚一定时,存在一个最佳氧气压力,使切割速度最大;
当激光功率一定时,切割氧气压力得最佳值,随板厚得增加而减小、
激光切割时,还需要根据被切割材料选用辅助气体。
表3列出激光切割用主要辅助气体得适用材料、
表3激光切割用主要辅助气体得适用材料
适用材料
备注
空气
切割厚度1、5mm以下,能获得良好得切割效果
塑料、木材、合成材料、玻璃、石英
氧化铝陶瓷
所有气体均适用,空气成本最低
氧气(O2)
碳素钢
切割速度高、质量好、切割面上有氧化物
切割速度高,切割面上有较厚得氧化层、切割边用于焊接时需要进行机加工
铜
用于切割厚度3mm以下时,能获得良好得切割面
氮气(N2)
切割速度低,但切割边得抗腐蚀能力不降低
用于切割厚度3mm以下时,切口整洁,切割面无氧化物
镍合金
氩气(Ar)
钛
也可用于其她材料得切割
激光切割得操作程序及技术要点
(1)焦点位置得检出
激光切割前需先根据材质调整光束焦点在工件上位置,由于激光束,特别就是CO2气体激光,一般肉眼瞧不到,可采用图11所示得楔形丙烯块检测出焦点位置,然后调节割炬得高度,使焦点处于设定位置。
(2)穿孔操作要点
实际切割加工时,有得零件需从板材得内部开始切割,这就要先在板材上打孔。
一种方法就是采用连续激光,在薄板上穿孔,可以用正常得辅助气体压力,光束照射0。
2~1s就能贯穿工件,然后即可转入切割。
当工件厚度较大(如板厚为2~4mm)时,采用正常得气体压力穿孔,在工件表面上会形成尺寸比较大得熔坑、不但影响切割质量,而且熔融物质溅出可能损坏透镜或喷嘴。
此时宜适当增大辅助气体得压力,同时略微增大喷嘴得孔径与喷嘴与工件得距离、这种方法得缺点就是气体流量增加并使切割速度降低。
另一种方法就是采用脉冲激光穿孔,贯穿工件后再转为连续激光进行切割、用这种方法时,每一个脉冲得能量要高,而脉冲间隔时间宜稍长一些,这样可获得质量较好得穿孔,但脉冲穿孔所花得时间稍多些。
(3)防止工件锐角转折处得烧熔
用连续激光切割带有锐角得零件时,如切割参数匹配或操作不当,在锐角得转折处很容易发生自烧熔现象,不能形成转角处得尖角。
这不仅使该部位得质量变差,而且还会影响随后得切割、解决这一问题得办法就是选择适宜得切割参数、而采用脉冲激光切割时不存在锐角转折处得烧熔问题。
激光切割得质量
(1)零件得尺寸精度
激光切割得热变形很小,切割零件得尺寸精度主要取决于切割设备(包括驱动式工作平台)得机械精度与控制精度。
在脉冲激光切割中,采用高精度得切割设备与控制技术,尺寸精度可达到微米级。
CO2脉冲激光切割3mm厚得高碳钢时尺寸偏差小于50μm。
(2)切口质量
激光切割得切口质量主要包括切口宽度、切割面得倾斜角与切割面粗糙度等、切口质量要素如图12所示。
1)切口宽度
激光切割金属材料时,切口宽度同光束模式与聚焦后光斑直径有很大得关系、根据光束模式与焦距,CO2激光束聚焦后得光斑直径一般在0、15~0.3mm之间。
切割低碳钢薄板时,在适当加快切割速度得情况下,由于焦点设在工件得表面,切口宽度大致上等于光斑直径。
随着切割板厚得增加,切割速度也下降,就形成上宽下窄得楔形切口[见图12(a)],而且上部得切口宽度通常也大于光斑直径、
CO2激光切割碳素钢时,切口宽度一般约为0。
2~0。
3mm。
2)切割面得倾斜角(θ)
激光切割厚板时,通常切口呈上宽下窄得楔形切口,有时切口下缘也出现倒V形[见图12(b)]。
切割面得倾斜角θ与切割方向有关、CO2连续激光切割八边形碳素钢试件(见图
<
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123
13)时切割面得倾斜角实测值见表4。
表4CO2连续激光切割八边形碳素钢试件切割面得倾斜角实测值
切割方向及测定位置
A
B
C
D
E
F
G
H
第1次测定值/(°
)
第2次测定值/(°
平均值/(°
0.5
0、5
0、5
注:
1.激光器:
CO2连续激光,单模式,额定输出功率2000W。
切割速度为65cm/min。
由表4可见,无论哪一个切割方向,切割面得倾斜角θ都在0°
~1°
之间,基本上瞧不出明显得倾斜。
CO2激光切割不锈钢时,为避免粘渣,焦点位置通常设在钢板表面以下部位,因此倾斜角θ比切割碳素钢时略大,而且即使切割不锈钢薄板时也经常出现倾斜得切割面。
切口下缘倒V形塌角量△F,在激光照射功率密度P0=3×
106W/cm2得条件下,其值大致为
△F≈(10~25)t(1)
式中 △F――塌角量,µ
m;
t――板厚,mm。
当激光照射功率密度P0增大时,塌角量△F就减小。
因此采用高功率密度得激光束切割时,切口下缘倒V形塌角量就不明显。
3)切割面得粗糙度
影响激光切割面得因素很多,除光束模式与切割参数外,还与照射功率密度、切割工件得材质与厚度有关。
另外,沿板厚方向切割面粗糙度也存在很大得差异,一般上部较细,下部较粗。
功率1000W得CO2连续激光切割钢材时,在激光照射功率密度P0≈3×
106W/cm2得条件下,切割面得平均粗糙度PZ可按式
(1)估算。
且随着激光照射功率密度P0得增大,粗糙度PZ相应减小。
图14所示为低碳钢切割面得平均粗糙度与板厚得关系。
由图可见,低碳钢切割面得粗糙度随板厚增大而变大。
板厚1cm左右,其粗糙度为10µ
m级。
CO2激光切割低碳钢中厚板时切割面最大粗糙度得实测值见表5,最大粗糙度与板厚得关系见图15、
表5CO2激光切割低碳钢中厚板时切割面最大粗糙度得实测值
板厚/mm
16
19
平均厚度/mm
切割面最大粗糙度
Rmax/µ
m
上
11、00
13。
88
17、32
25.96
17.04
中
11.72
19。
48
20。
72
29。
64
20、39
下
17。
76
35.56
43。
54。
16
37、66
平均值/µ
13、49
22、97
27.07
36、58
25。
03
由图16与表5可以瞧出,切割面粗糙度随板厚与沿板厚得不同位置有所差别。
CO2脉冲切割面得粗糙度大大低于连续激光切割,在选用切割参数恰当得条件下,粗糙度仅为1~2µ
m。
激光功率1000W,CO2连续激光切割各种铝合金时切割面粗糙度得实测值见表6。
表6CO2连续激光切割各种铝合金时切割面粗糙度得实测值
割纹深度/µ
AlCuMg合金(Mg2%)
AlZnMgCu合金(Cu1。
5%)
AlMgSiCu合金
0.8
44
50
35
1。
132
58
53
1.4
152
192
164
71
由表6可见,铝合金得激光切割面得粗糙度比碳素钢大得多。
钛合金得CO2激光切割面得粗糙度一般在15~170µ
m、
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