激光设备激光设备采用Trumpf公司激光冲裁复合加工中心。2 激光束参数激 光系统一般由激光器、激光传输系统、控制系统、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;激光发散 角:1mrad 激光功率稳定度:2%激光束焦点直径:Φ0.15-Φ0.30 激光设备激光设备采用Trumpf 公司激光冲裁复合加工中心。 激光束参数激光系统一般由激光器、激光传输系统、控制系统、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;激光发散角:1mrad 激光功率稳定度:2% 激光束焦点直径: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-δ 6mm 氧气切割碳钢切缝粗糙度与料厚的关系(1)切口宽度窄(一般为0.15-0.30mm)、精度高(一般孔中心距误差为 0.01-0.05mm,轮廓尺寸误差为0.05-0.2mm)、切口表面粗糙度好(一般Rz 可以看出切缝粗糙度与料厚成正比。(2)采用2kW 激光功率,6mm 厚不锈钢的切割速度为1.2m/min;δ 2mm 厚不锈 钢的切割速度为3.6m/min,热影响区微小,变形极小。以上优点足以证明: CO2 激光切割成为发展迅速的一种先进加工方法。 工艺过程及工艺参数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)绘图及图形类型的转换(要求零件外轮廓闭合); (2)确定材料、尺寸和零件排样; (3)使用激光切割:圆角工艺(获得锐边倒钝)或回路工艺(获得锐 角);自动载入气体类型、切割速度,并设置退料; (4)加工顺序优化,生成数控加工程序,传输程序; 3.2 切割穿孔技术 对于δ 0.5mm-δ 6mm 厚的板材.大多数热切割技术都必须在板上穿一小 孔。激光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 约20000 小时,价格昂贵,对δ 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是通过喷嘴射到被切材料处。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。材质为纯铜,体积较小,是易损零件。 3.4 激光切割的主要工艺 (1)升华切割 在高功率密度激光束的加热下。δ 0.5mm~δ 6mm 板材的表面温度会迅速 升至沸点温度。部分材料汽化成蒸汽消失,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)高压气聚焦熔化切割 当入射的激光束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。 切割气体氧气和氮气的比较(3)火焰氧化熔化切割 熔化切割一般使用惰性气体,如果代之以氧气或其它活性气体。材料在 激光束的照射下与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,称为氧化熔化切 割。切割气体一般用氧气。切割气体氧气和氮气的比较见表1。 3.5 激光切割气体的消耗 激光切割气体的消耗如图3 所示。由图3可以看出,对于 0.5mm-δ6mm 的同一种料厚的板料,单位时间内从喷嘴喷出氧气气体体积随 着使用压力提高而提高,对于不同料厚的板料,在同一压力下单位时间内从喷 嘴喷出气体体积增量与料厚增量的平方成正比。 可以看出。对于δ0.5mm-δ 6mm 的同一种料厚的板料,单位时间 内从喷嘴喷出氮气气体体积随着使用压力的提高而提高,对于不同料厚的板 料.在同一压力下单位时间内从喷嘴喷出气体体积增量与料厚增量的平方成正 比。由于氮气压力在6bar 以上才对切割起到有效作用。所以气体消耗量大。 3.6 常用工程材料的激光切割 (1)碳钢 切割碳钢使用纯氧作为辅助气体。本激光加工中心可以切割碳钢板的最 大厚度可达8mm,对厚板其切缝为0.3mm。对薄板其切缝可窄至0.2mm 左右。 (2)不锈钢 切割不锈钢使用高压氮气作为辅助气体。本激光加工中心可以切割不锈 钢板的最大厚度可达6mm,对利用不锈钢及S-06 薄板作为主构件来说是个有效 的加工工具。切边热影响区很小,能有效保持此类材料的良好耐腐蚀性。 (3)铝及铝合金 切割铝使用高压氮气作为辅助气体。铝切割属于熔化切割机制,由于铝 对激光的反射率较高。只可以对较薄的铝板材进行切割。本激光加工中心所切 割的铝合金厚度δ