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發布時間:2020-12-21 05:48  
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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。3)每周一次用真空吸塵器吸掉機器內的粉塵和污物,所有電器柜應關嚴防塵。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 。
顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點在表面上; 6mm的碳鋼,焦點在表面之上; 6mm的不銹鋼,焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種:
(1)打印法:使切割部件從上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑小處為焦點。
(2)斜板法:用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的小處為焦點。
(3)藍色火花法:去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割部件從上往下運動,直至藍色火花大處為焦點。
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。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法:脈沖穿孔:(Pulsedrilling)采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。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。
激光切割加工過程中,對于激光切割的粗糙度是有要求的,特別是中厚板的工件,在切割過程中如果不注意的話很有可能造成切割的失誤,所在一般都要求必須控制激光切割機切割面的粗糙度。如果板材太厚,激光切割機切割起來比較吃力,在保證切斷的情況下,加工精度就會出現誤差,所以要確定板材的厚度因素。對于厚度2mm以上板材的激光切割,切割面粗糙度的分布是不均勻的,沿厚度方向差別很大,其變化狀況有兩個顯著的特點:
1)切割面的形貌分為截然不同的兩部分,上部表面平整光滑,切割條紋整齊、細密,粗糙度值小;下部切割條紋紊亂,表面不平整,粗糙度值大。上部具有激光束直接作用的特點,下部則有熔化金屬沖刷的特征。
2)切割面上部區域內的表面粗糙度大體上是均勻一致的,不隨高度而變化;而下部區域的表面粗糙度則隨高度而變化,越靠近下緣,表面粗糙度值越大,下緣處的表面粗糙度達到大值。設備在運行過程中,由于被加工件在加工中會產生大量的腐蝕性粉塵和煙霧,基這些煙霧和粉塵長期大量沉積于導軌、直線軸表面,對設備的加工精度有很大影響,并且會在導軌直線軸表面形成蝕點,縮短設備使用壽命。無論是連續激光切割機激光切割,還是脈沖激光切割,切割面都顯示有明顯的上、下兩部分,所不同的是脈沖激光切割面上部的切割條紋與脈沖頻率有對應關系:頻率越高,條紋越細密,表面粗糙度越值而連續激光切割時切割面上部的切割條紋密度和表面粗造度則主要與切割速度有關。
因此在評價切割面質量時應以下緣表面粗糙度為基準。但真正的下緣只是一根線,其粗糙度難于測量,這可以通過測量臨近下緣處的粗糙度代替。