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δ 0.5mm-δ 6mm 板材的工艺特点及相关参数是: 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 为1.6-6.41μ m),切缝一般不需要再加工即可焊接。 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; 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 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4 所示。由图4可以看出,对于δ 0.5mm-δ 6mm 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