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【技术知识】激光切割技术在钣金制造中的应用

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【技术知识】激光切割技术在钣金制造中的应用

发布日期:2018-12-12 15:13:07 作者: 点击:

本文重点介绍了激光切割机在钣金制造中的选型、应用、质量控制原则以及未来的发展方向。


激光切割机作为钣金件的常用加工设备,具有精度高、边缘热影响区小、切割断面质量好、割缝窄、切割断面平滑等优点,常常作为钣金加工的首选设备。



激光切割机的选型


市场上有两大类激光切割机分别是CO2激光切割机和光纤激光切割机。CO2激光切割机是将二氧化碳、氮气和氦气按照比例,以几千倍的大气压通过一对正负电极,从而产生激光,再利用谐振腔,导出可用激光束,通过飞行光路传导到切割头,经聚焦镜将激光聚焦在加工件上,利用激光射线的单一性和高温熔化、汽化、离子化材料,再配合辅助切割气体吹掉熔化、汽化、离子化的材料产生割缝,来实现切割加工的。(而光纤激光切割机则是将大量半导体管集中激发后将其中产生的若干激光束耦合再通过光纤传送到切割头。)


我国目前市场上的CO2激光切割机的功率均不超过6kW,切割头移动范围不超过2m×6m(原因是飞行光路超过9m激光束会衰减,影响聚焦的模数,进而影响切割质量),模式一般为TM01(个别厂家承诺能达到TM00),光电转换率一般,需要水冷却系统带走多余热量,还需要压缩空气对飞行光路等部位进行保护和空气冷却。这类设备由于进入我国市场较早,拥有技术可靠成熟、切割厚度范围大、易耗件便于采购、辅助气体供应链完善、厂商众多等优势占有绝大部分的市场份额。


光纤激光切割最主要是波长较短,仅有CO2激光切割机的1/10,这较易于材料吸收热量产生热影响区。常用厚度范围在0.5~20mm之间,材料种类有碳钢、不锈钢(铁素体和奥氏体)、铝合金等,尺寸精度要求高,对切割热影响区的小。


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激光切割机的质量控制


激光切割机内部预置有各类材质、各种厚度的参考切割参数值,一般调用切割程序后可以直接选取进行切割。对于一些中厚板,往往切割质量不佳,出现切不透和挂渣现象,对于这种情况操作人员是比较头痛的,那么如何才能提高质量呢?大体因素分为四大类:


(1)激光发生器:输出功率、激光模式、激光偏振、光束平行度、激光直线度;其中只有输出功率可以在额定范围内适当调整,其余影响因素主要靠设备出厂质量和具体选型保证。


(2)切割头:合适的切割镜片、清洁的切割镜片、准确的焦点位置、喷嘴种类、喷嘴尺寸、光束是否在喷嘴中心。不同厚度的板材选用不同的切割镜片,厂家一般提供5寸、7.5寸、10寸聚焦镜片。每次切割前,操作人员都应对镜片进行清洁,选取适合的喷嘴,查看切割头是否垂直于待加工板材。


(3)编程:可靠的切割路径、预切割。切割程序设置路径要尽量简单,注意设置微连接等功能;切割前最好进行一次预切割以确定是否正确。



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图 程序控制界面


(4)适合的工艺参数:穿刺点、喷嘴高度、功率、切割速度、辅助气体纯度和出口气压。


如果穿刺点在零件轮廓线上还是会看到明显的灼伤痕迹,所以,尽量在轮廓线外侧启弧切线进入效果比较好。


其实影响切割质量最大的是辅助气体纯度和出口气压、切割速度、焦点位置。这里建议先尽量选用气体纯度较高的辅助气体,在此基础上,尝试增加辅助气体出口气压,再调整切割速度,最后再尝试改变焦点位置的方法进行逐步调节。当切割质量稳定后,再固化到加工参数和数控程序中,但要注意不要破坏原参数,要新存一个。


在对不同板材、不同厚度调节辅助气体的出口气压和切割速度时,可以本着碳钢薄板按“高压高速”调节,厚板按“低压低速”调节,不锈钢板和铝合金板薄板按“低压高速”调节,厚板按“高压低速”调节的调整方向尝试。另外,一般情况下碳钢切割采用O2穿刺O2切割,不锈钢和铝合金采用O2穿刺N2切割.

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结束语

其实CO2 激光切割机受到输出功率等因素的制约已经基本发展到极限,而光纤激光切割机随着美国IPG公司的大功率激光发生器逐步商业化,技术的不断成熟,在未来波长短的缺点会被弥补、耦合光束中的有害光也会得到控制、挂渣现象好转,再加上除了需要消耗辅助气体和少量镜片外就只需要电能,高的电光转化率等优点,未来它必然会成为切割设备的主力,当然它的应用领域会更加的广泛,真正成为高质、高效、节能的切割主力设备。

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