激光切割机是将激光器发出的激光束通过光路系统聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射在工件表面,使工件达到熔点或沸点,同时与光束同轴的高压气体将熔融或汽化的金属吹走。
随着光束与工件相对位置的移动,最终使材料形成狭缝,从而达到切割的目的。
激光切割工艺以隐形光束代替传统机械刀,具有精度高、切割速度快、不受切割图案限制、自动排版节省材料、切口光滑、加工成本低等特点。它将逐步改进或取代传统的金属切削加工设备。激光刀头的机械部分与工件无接触,工作时不会划伤工件表面;激光切割速度快,切口光滑平整,一般不需要后续加工;切割热影响区小,板材变形小,切缝窄(0、1mm~0、3mm);切口无机械应力,无剪切毛刺;加工精度高,重复性好,对材料表面无损伤; CNC编程,可加工任何方案,无需开模即可大幅面切割整板,经济省时。激光是一种光,与其他自然光一样,是由原子(分子或离子等)的跃迁产生的。但它与普通光的不同之处在于,激光一开始只依赖于很短时间的自发发射,随后的过程完全由受激发射决定,所以激光的颜色非常纯正,几乎没有发散方向性,而且极高的发光强度。和高连贯性。
激光切割是通过应用激光聚焦产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下,激光通过脉冲放电,从而输出受控的重复高频脉冲激光,形成一定频率、一定脉宽的光束。脉冲激光束通过光路传输和反射,聚焦在被加工物体表面,形成微小的、高能量密度的光斑,焦斑位于待加工表面附近,熔化或在瞬间高温下蒸发处理过的材料。每个高能激光脉冲都会在物体表面瞬间溅射出一个小孔。在计算机的控制下,激光加工头与被加工材料按照预先绘制的图案进行连续的相对运动和打点,从而将物体加工成所需的形状。
分切时的工艺参数(切割速度、激光功率、气体压力等)和运动轨迹由数控系统控制,通过一定压力的辅助气体将分切处的熔渣吹掉。
主要技术:
1.汽化切割。
在激光汽化切割过程中,材料表面温度上升到沸点温度的速度非常快,足以避免因热传导引起的熔化,所以一部分材料汽化成蒸汽消失,一部分材料材料从狭缝底部喷出,被辅助气流吹走。在这种情况下需要非常高的激光功率。
为防止材料蒸气在狭缝壁上凝结,材料的厚度不得大大超过激光束的直径。因此,该工艺仅适用于必须避免排除熔融材料的应用。这种加工实际上只用于铁基合金的非常小的使用领域。
不能使用这种工艺,例如木材和某些陶瓷,它们不是处于熔融状态,因此不可能再冷凝材料的蒸汽。此外,这些材料通常可以实现更厚的切割。在激光气化切割中,最佳光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和汽化热对最佳焦点位置只有一定的影响。在板材一定厚度的情况下,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/cm2、并且取决于材料、切割深度和光束焦点的位置。在板材一定厚度的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受限于气体射流的速度。
2、熔化和切割。
在激光熔化切割中,工件被部分熔化,然后在气流的帮助下将熔化的材料喷出。由于材料的转移仅在其液态下发生,因此该过程称为激光熔化切割。
激光束搭配高纯度惰性切割气体,促使熔料离开切口,气体本身不参与切割。激光熔融切割可以实现比气体切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中,激光束仅被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加,而随着板材厚度和材料熔化温度的增加几乎成反比。在激光功率一定的情况下,限制因素是切口处的气体压力和材料的热导率。激光熔融切割可以对铁和钛进行无氧化物切割。产生熔化但不气化的激光功率密度在钢铁材料的/cm2和W/cm2之间。
3、氧化熔化切割(激光火焰切割)。
熔断一般使用惰性气体。如果改用氧气或其他活性气体,材料在激光束的照射下被点燃,与氧气发生剧烈的化学反应,产生另一个热源,进一步加热材料,称为氧化熔化切割。
由于这种效应,对于相同厚度的结构钢,采用这种方法可以获得的切削率要高于熔断法。另一方面,这种方法的切割质量可能比熔切更差。在实践中,它会产生更宽的切口、明显的粗糙度、增加的热影响区和较差的边缘质量。激光火焰切割不适合精密模型和尖角(有烧坏尖角的风险)。使用脉冲模式激光器可以限制热效应,其中激光器的功率决定了切割速度。在给定的激光功率下,限制因素是氧气的供应和材料的热导率。
4、控制断裂切削。
对于易受热破坏的脆性材料,采用激光束加热进行高速可控切割称为可控断裂切割。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,使该区域产生较大的热梯度和剧烈的机械变形,从而导致材料产生裂纹。只要保持均匀的加热梯度,激光束就可以将裂纹引导到任何所需的方向。