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鋁型材激光切割的工艺过程及其参数分析

作者: 時間:2019-08-1269 次浏览

1 激光(LASER)設備(shèbèi)

   激光(LASER)设备采用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心。2 激光束(LASER)参数
    激光(LASER)系统(system)一般由激光器、激光传输系统、控制(control)系统、运动系统、传感与检测系统组成,其核心为激光器。
    激光器为CO2气体脉冲式激光器。光束横截面上光强分布接近高斯分布.具有极好的光束质量,主要性能指标如下:
    激光波长:10.61xm
    脉冲功率:2.4kW;脉冲宽度;约l0ms
    功率密度:107W/cm2 ;激光(LASER)发散角:1mrad
    激光功率稳定度:2%
    激光束(LASER)焦点直径:Φ0.15-Φ0.30
    经实践验证,激光冲裁复合加工中心CO2激光切割加工δ0.5mm-δ6mm板材的工艺特性及相关参数是:图1 氧气切割碳钢切缝粗糙度与料厚的关系
   
  (1)切口寬度窄(一般爲0.15-0.30mm)、精度高(一般孔中心距誤差爲0.01-0.05mm,輪廓尺寸誤差爲0.05-0.2mm)、切口表面粗糙度好(一般Rz爲1.6-6.41μm),切縫一般不需要再加工即可焊接。
    由图2可以看出切缝粗糙度与料厚成正比。
    
  (2)采用2kW激光功率(指物體在單位時間內所做的功的多少),6mm厚不鏽鋼的分割速度爲1.2m/min;δ2mm厚不鏽鋼的切割速度爲3.6m/min,熱影響區微小,變形極小。以上優點足以證明:CO2激光切割成爲發展迅速的一種加工方法。
    由图3可以看出材料的更大分割速度与料厚成反比。图2 几种常见材料的更大切割速度与料厚的关系
3 工藝過程及工藝參數
3.1 数控编制切割工艺
    用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心附带的TOPS300工艺编程软件进行数控编程,同时完成材料的下料尺寸计算、排样、工艺参数设定。过程如下:
   
  (1)繪圖及圖形類型的轉換(要求零件外輪廓閉合);
   
  (2)確定材料、尺寸和零件排樣;
   
  (3)使用激光(LASER)切割:圓角工藝(獲得銳邊倒鈍)或回路工藝(獲得銳角);自動載入氣體類型、切割速度,並設置退料;
   
  (4)加工順序優化,生成數控加工程序,傳輸程序;
3.2 分割穿孔技术
    对于δ0.5mm-δ6mm厚的板材.大多数热切割技术都必须在板上穿一小孔。工業鋁材是一种以铝为主要成份的合金材料,铝棒通过热熔,挤压从而得到不同截面形状的铝材料,但添加的合金的比例不同,近親相姦中文字幕在线出来的工业鋁型材的机械性能和应用领域也不同。执行标准按GB/T5237.1-2004。激光(LASER)冲压复合机上是用冲头先冲出一孔。然后再用激光从小孑L处开始切割。对于没有冲压装置的激光切割机一般用脉冲穿孔的基本方法——脉冲穿孔:金属对10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%。当功率密度(单位:g/cm3或kg/m3)超过106W/cm2的聚焦激光束照射到金属表面时。却能在微秒级的时间内很快使表面开始熔化。常用空气或氮气作为辅助气体,每个脉冲激光只产生小的微粒喷射。逐步深入,因此厚板穿孑L时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。(注:产生高峰值功率脉冲激光的元气件电子管寿命(lifetime)约20000小时,价格昂贵,对δ≤3薄板(性质:宝石学术语)更好采用预冲孔工艺,δ≥3的板料才采用脉冲穿孔工艺)。
3.3 喷嘴及气流控制
    激光切割钢材时,氧气和聚焦的激光束(LASER)是通过喷嘴射到被切材料处。工業鋁材按照应用的领域划分,工业鋁型材是指除建筑门窗、幕墙、室内外装饰及建筑结构用鋁型材以外的所有鋁型材。从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大,速度要高,以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应,同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。目前激光切割用的喷嘴采用一锥形(taper)孔带端部小圆孔的结构.在使用时从喷嘴侧面通入一定压力。材料品质为纯铜,体积(volume)较小,是易损零件。
3.4 激光分割的主要工艺
   
  (1)升華(sublimation)切割
    在高功率(high power)密度激光束的加热下。鋁支架商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。δ0.5mm~δ6mm板材的表面温度会迅速升至沸点温度。部分材料(Material)汽化成蒸汽消失,部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流吹走。切割气体一般用氮气或氩气。
   
  (2)高壓氣聚焦熔化切割
    当入射的激光束(LASER)功率密度超过某一值后.光束照射点处材料内部开始蒸发,形成孔洞。它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化(定义:物质由固态变成液态的变化过程)物质所包围。然后.与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动,小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。切割气体一般用氮气(Nitrogen)。