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激光切割的影响因素与效果衡量

在激光加工设备市场中,激光切割是最重要的一项应用技术,2015年我国销售激光切割机约3000台,激光切割机对剪板机、冲床的替代效应已越来越明显,继目前市场较为普及的激光打标应用后,预计高切割速度、高精度、厚板材及大切割幅面为特征的高端大功率激光切割机设备市场有较大的增长空间。

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激光切割加工的影响因素

在激光切割加工中,激光器发出的激光经切割头的准直及聚焦透镜汇聚为一点(焦点),操作人员需确保加工的激光束在喷嘴的正中心,并调整喷嘴距板材表面的距离(视板厚而定),喷嘴处喷出高压气体,与激光束配合完成切割作业。其主要影响因素有以下几方面:

(1)焦点直径

直径小,切口窄,切割厚度小;直径大,切口宽,切割厚度大。

(2)焦点位置

决定了工件表面光斑大小及切口形状;最佳的位置取决于材料类型及厚度。

(3)功率

影响切割板材的厚度;影响加工效率及变形量。

(4)切割速度

需要与功率、气体流量等匹配,过小会导致切不透或毛刺的形成。

(5)喷嘴直径

小直径,适合于薄板切割;大直径,适合厚板切割。

(6)气体

气体的纯度影响毛刺形成及切割面氧化情况;气体流量,板材越薄,气压要越大。

(7)光束模式

创鑫激光器功率1500W以下为单模,功率1500W以上为多模。单模在薄板切割中效果佳,多模光斑较大,能量分布均匀,适用于厚板切割。

激光切割效果的衡量标准

面对广泛的加工材料、灵活的加工形状,激光切割设备能较好地胜任复杂的加工要求,以高速度、高精度、高质量满足汽车、航空航天、医疗保健、塑料、电气和电子、纺织品等行业应用需求。对其切割效果的判断主要可从以下几方面进行衡量:

(1)粗糙度

切割边缘或多或少存在切割留下的纹路,纹路的深浅决定了切割表面的粗糙度。纹路越浅,说明粗糙度越低,表面越光滑。一般来说,材料厚度越薄,切割表面粗糙度越低;采用氮气或氩气切割比氧气切割表面粗糙度越低。

(2)垂直度

由于切割光束是通过聚焦而来且光束存在发散的特性,这导致在切割时(尤其是厚板切割时),材料厚度方向不同深度处的光斑大小不一致,从而造成了切割表面与板材表面不能达到绝对的90°,或是上表面较宽或是下表面较宽。一般来说,材料厚度越薄,垂直度越好;光束质量越好,垂直度越好。此外也与具体加工时光斑焦点与材料厚度方向的相对位置有关。

(3)毛刺

优异的切割,切割边缘应无毛刺,因存在毛刺需要后续处理。这与具体加工过程的工艺参数匹配、材料类型以及光束质量有关。

(4)变形量

由于激光切割本质是热切割,板材不可避免存在变形,优异的切割应尽可能减小由此带来的不利影响。在薄板切割中需特别注意。一般来说,切割速度越快、割缝越窄、气体流量越大,变形量越小。

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