天津市万利盈金属门窗有限公司
激光切割机是钣金加工的一次工艺革命,是钣金加工中的“加工中央”;激光切割机柔性化程度高,切割速度快,出产效率高,产品出产周期短,为客户赢得了广泛的市场,该技术的有效生命期长,国外超过2毫米厚度的板材大都采用激光切割机,很多国外的专家一致以为今后30-40年是激光加工技术发展的黄金时期。
一般来讲,建议以12mm以内的碳钢板、10mm以内的不锈钢板等金属材料切割推荐使用激光切割机。激光切割机无切削力,加工无变形:无刀具磨损,材料适应性好:无论是简朴还是复杂零件,都可以用激光一次精密快速成型切割:其切缝窄,切割质量好,自动化程度高,操纵简便,劳动强度低,没有污染:可实现切割自动排样、套料、进步了材料利用率,出产本钱低,经济效益好。
激光切割机选购要考虑的因素很多,除了要考虑目前加工工件的大尺寸、材质、需要切割的大厚度以及原材料幅面的大小外,更多的需要考虑未来的发展方向,比如所做产品的技术改型后要加工的大工件大小、钢材市场所提供材料的幅面针对自己的产品哪种省料,上下料时间等等。
我国激光产业的发展,虽然是一个初步发展,但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展,并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲,市场的需求高达千万,为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代台激光设备的诞生和应用开始,我国就有多位专家在激光行业付出了努力,并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时,激光成套工业设备也进入了生产的市场,摆脱了长期依靠国外的局面,解决了国内激光行业的尴尬局面。
国内经济的飞速发展,成为激光市场的高产业支柱,并且可以达到每年20%以上的增长速,成为全球激光市场的一个新起点,根据专家预测,国内的激光市场仍处于高速的增长阶段,在未来可以在进行翻倍的增加,来大的扩充激光切割设备的市场,,将国内高端激光设备摆脱受困的状态,成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集,其中深圳是国内的重要销售市场,并且以多年的发展经验,优秀了其他区域。
关键技术二
喷嘴设计及控制技术
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。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外,喷嘴的设计及气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)也是十分重要的因素。如今激光切割用的喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造,体积较小,是易损零件,需经常更换,因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力pn(表压为pg)的气体,称喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经一定距离到达工件表面,其压力称切割压力pc,后气体膨胀到大气压力pa。研究工作表明随着pn的增加,气流流速增加,pc也不断增加。
可用下列公式计算:v=8.2d2(pg+1)
v-气体流速 l/min
d-喷嘴直径 mm
pg-喷嘴压力(表压)bar
对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力超过此值时,气流为正常斜激波,气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与pn、pa比值及气体分子的自由度(n)两因素有关:如氧气、空气的n=5,因此其阈值pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高pn/pa=(1+1/n)1+n/2时(pn;4bar),气流正常斜激波封变为正激波,切割压力pc下降,气流速度减低,并在工件表面形成涡流,削弱了气流去除熔融材料的作用,影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴,其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度,可根据空气动力学原理,在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波,设计制造一种缩放型喷嘴,即拉伐尔(laval)喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500wco2激光器,透镜焦距2.5〃,采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验,见图4。试验结果如图5所示:分别表示no2、no4、no5喷嘴在不同的氧气压力下,切口表面粗糙度rz与切割速度vc的函数关系。从图中可以看出no2小孔喷嘴在pn为400kpa(或4bar)时切割速度只能达到2.75m/min(碳钢板厚为2mm)。no4、no5二种拉伐尔喷嘴在pn为500kpa到600kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力pc还是工件与喷嘴距离的
一类是大中型制造企业,这些企业生产的产品中有大量板材需要下料、切料,并且具有较强的经济和技术实力
加工站
另一类单位是加工站(国外称job shop),加工站是专门对外承接激光加工业务的,自身无主导产品。它的存在一方面可满足一些中小企业加工的需要;一方面在初期对推广应用激光切割技术起到宣传示范的作用。1999年美国全国共有激光加工站2700家,其中51%从事激光切割工作。八十年代中国激光加工站主要从事激光热处理工作,九十年代后,激光切割及攻站逐步增加。在此基础上随着中国大中型企业体制改革的深入和经济实力的增强,越来越多的企业将采用co2激光切割技术。
从目前国内应用情况分析,co2激光切割广泛应用于12mm厚的低碳钢板;6mm厚的不锈钢板及;20mm厚的非金属材料。对于三维空间曲线的切割,在汽车、航空工业中也开始获得了应用。
发展趋势
激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔,根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割,激光可以在多产品材料上面切割,如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割,因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法,相对于传统切割有着什么样的优势呢,下面光博士带您分析下。
激光是利用物质激发产生光,这种光带有强烈的温度,在接触材料时候,能够迅速的在材料表面融化,形成打孔,根据对位对点的移动形成了切割,因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法,缝隙更小,更能够省去大部分材料,然而根据切割效果来定义分析,根据激光进行切割的材料,其切割效果能够满意,精准度又高,这是继承了激光的优势,也是普通切割方式不能够媲美的。
相对于传统切割方式中,激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果,速度方面都有着的优势,因此相信在未来的切割方式选择中,激光切割机将是大众的需求。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用:
⑴平行光管。这是一种常用的方法,即在co2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
⑵在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端f轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。
⑶控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。