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發布時間:2020-11-06 09:52  
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激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統的機械刀,具有精度高,切割快速,不局限于切割圖案限制,自動排版節省材料,切口平滑,加工成本低等特點,將逐漸改進或取代于傳統的金屬切割工藝設備。激光刀頭的機械部分與工件無接觸,在工作中不會對工件表面造成劃傷;激光切割速度快,切口光滑平整,一般無需后續加工;切割熱影響區小,板材變形小,切縫窄(0.1mm~0.3mm);切口沒有機械應力,無剪切毛刺;加工精度高,重復性好,不損傷材料表面;數控編程,可加工任意的平面圖,可以對幅面很大的整板切割,無需開模具,經濟省時。早先在激光沖壓復合機上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進行切割。
目前,民用激光發生器由于制造成本等原因,所發出的激光光束都具有一定的發散角,呈“錐形”。當“錐形”的高度改變時(相當于激光切割機光路長度改變),聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。切割時,激光光束是以錐形向下的,這時如果切割的工件的厚度非常大,切割的精度就會降低,則切出來的縫隙就會非常大。此外,光還具有波的性質,因此,不可避免地會出現衍射現象,衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展,該現象存在于所有的光學系統中,能夠決定這些系統在性能方面的理論極限值。由于高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用,當光路長度變化時,作用在透鏡表面的光束直徑時刻發生著變化,這就會引起焦點大小和焦點深度的變化,但對焦點位置的影響很小。如果焦點大小和焦點深度在連續加工中發生變化,必然會對加工產生很大影響,比如,會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等 。
激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與面積成反比,所以焦點光斑直徑盡可能的小,以便產生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。2、國內采用雙重光磁限位感應器,保證在一個感應器故障的情況下,另外一個感應器接替工作,從而避免了發生激光頭撞車引起的嚴重機械損壞。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的 2%范圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。
為進一步提高激光切割速度,可根據空氣動力學原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產生正激波,設計制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾(Laval)噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗,見圖4。在未弄清某一材料是否能用激光照射或切割前,不要對其加工,以免產生煙霧和蒸氣的潛在危險。試驗結果如圖5所示:分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa(或4bar)時切割速度只能達到2.75m/min(碳鋼板厚為2mm)。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。