激光切割加工件

激光切割加工是利用高功率密度的激光束照射被切割的材料，使材料迅速加熱到汽化溫度，蒸發形成孔。當梁向材料移動時，孔連續形成非常窄的狹縫(約0.1mm)，完成對材料的切割。由于沒有刀具加工成本，激光切割設備也可以生產以前無法加工的各種尺寸的小批量零件。激光切割設備通常采用計算機數控技術(CNC)裝置。有了這個裝置，就可以使用電話線從計算機輔助設計(CAD)工作站接收切割的數據。

原則

激光切割是利用高功率密度的聚焦激光束照射工件,以便輻照材料迅速融化,蒸發,切除或達到燃點,與此同時,在高速氣流的幫助與光束同軸吹走熔化的材料,以達到工件的切割。

激光切割是熱切割的一種方法。

分類

激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧切割以及激光切割和控制斷裂四大類。

1)激光汽化切割

利用高能量密度的激光束對工件進行加熱，使工件溫度迅速上升，在很短的時間內達到材料的沸點。物質開始汽化，形成蒸汽。蒸汽以極快的速度噴出，在材料上造成了切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割需要較大的功率和功率密度。激光汽化切割主要用于切割極薄的金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木、塑料、橡膠等)。

2)激光熔切

在激光熔化和切割過程中，金屬材料經激光加熱熔化，然后非氧化氣體(Ar、He、N等)通過與光束同軸的噴嘴噴射，在氣體的強大壓力下將液態金屬排出，形成切口。激光熔化和切割不需要金屬完全汽化，只需要汽化切割能量的1/10。激光熔合切割主要用于一些非氧化材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。

3)激光氧切割

激光氧切割的原理與氧乙炔切割相似。它采用激光作為預熱熱源，氧氣等活性氣體作為切割氣體。一方面，噴射出的氣體與切削金屬相互作用，產生氧化反應，釋放出大量的氧化熱。另一方面，熔融氧化物和熔融物質被吹出反應區，在金屬上形成切口。由于切割過程中氧化反應產生大量熱量，激光氧切割所需能量僅為熔煉切割所需能量的1/2，切割速度遠遠大于激光汽化切割和熔煉切割。

激光氧切割主要用于碳鋼、鈦鋼、熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

4)激光劃片控制骨折

激光掃描是利用高能量密度激光對脆性材料的表面進行掃描，使材料加熱后蒸發成槽狀。然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿著狹縫開裂。激光劃線一般采用q開關激光器和CO2激光器?？刂茢嗔咽抢眉す忾_槽產生的陡峭的溫度分布在脆性材料中產生局部熱應力，使材料沿開槽斷裂。

特點

激光切割與其他熱切割方法相比較，總的特點是切割速度快、質量高。具體概括為如下幾個方面。

⑴ 切割質量好

由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。

① 激光切割切口細窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達±0.05mm。

② 切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為一道工序，無需機械加工，零部件可直接使用。

③ 材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現較為規則的長方形。激光切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1，切割材料為6.2mm厚的低碳鋼板。

⑵ 切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機上一般配有多臺數控工作臺，整個切割過程可以全部實現數控。操作時，只需改變數控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進行二維切割，又可實現三維切割。

⑶ 切割速度快

用功率為1200W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可達600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯樹脂板，切割速度可達1200cm/min。材料在激光切割時不需要裝夾固定，既可節省工裝夾具，又節省了上、下料的輔助時間。

⑷ 非接觸式切割

激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需改變激光器的輸出參數。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。

⑸ 切割材料的種類多

與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料的種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現出不同的激光切割適應性。采用CO2激光器，各種材料的激光切割性能見表2。

⑹ 缺點激光切割由于受激光器功率和設備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。

激光切割設備費用高，一次性投資大。

主要特點

窄縫工件變形小，激光束會聚到非常小的光點，從而在焦點處產生很高的功率密度。在這一點上，從光束輸入的熱量遠遠超過了材料反射，傳導或擴散的部分，并且材料被迅速加熱到蒸發點，在蒸發點蒸發形成孔。隨著梁和材料的相對線性運動，孔連續形成寬度非常窄的狹縫。切削刃受熱的影響很小，并且工件沒有變形。在切割過程中還會添加適合切割材料的輔助蒸汽體。切割鋼時，氧氣被用作輔助蒸汽，與熔融金屬產生放熱的化學反應氧化材料，還有助于吹走切割縫中的爐渣。使用壓縮空氣，棉，紙和其他易燃材料切割聚丙烯塑料，使用惰性氣體切割。進入噴嘴的輔助蒸氣還會冷卻聚焦透鏡，從而防止煙灰進入透鏡座而污染透鏡并導致透鏡過熱。大多數有機和無機材料均可通過激光切割。在工業制造系統非常重的金屬加工業中，許多金屬材料，無論何種硬度，都可以切割而不會變形。當然，對于高反射率的材料，例如金，銀，銅和鋁合金，它們也是良好的熱傳導導體，因此激光切割非常困難，甚至不可能。激光切割無毛刺，起皺，精度高，優于等離子切割。對于許多機電制造業來說，由于現代激光切割系統的計算機程序控制可以方便地切割不同形狀和尺寸的工件，因此通常比沖壓，成型工藝更可??；盡管其加工速度仍比沖模慢，但它不消耗模具，不需要維修模具，而且節省了更換模具的時間，從而節省了加工成本，降低了生產成本，因此總體考慮更具成本效益。

非接觸式處理

激光束聚焦后形成非常小的能量點，它應用于切割具有許多特性。

（1）將激光能量轉換成驚人的熱能，以保持在很小的區域內，可以提供細的直邊縫；

（2）切邊附近小的受熱面積；

（3）局部變形小。激光束不對工件施加任何力，這是一種非接觸式切削工具，這意味著工件沒有機械變形。沒有工具磨損，就沒有工具轉換問題。切割材料不需要考慮其硬度，也就是說，激光切割能力不受切割材料硬度的影響，任何材料的硬度都可以切割。

（4）激光束控制，并且具有很高的適應性和靈活性，因此該產品與自動設備的組合非常方便，易于實現自動切割工藝；

（5）由于對切割工件沒有限制，激光束具有無限的復制切割能力；

（6）與計算機結合，可以整板排列，節省材料。

適應性和靈活性

與其他常規加工方法相比，激光切割具有更大的適應性。與其他也是熱切割工藝的熱切割方法相比，其他方法無法作用于像激光束這樣的很小的區域，從而導致切口寬，受熱面積大以及工件變形明顯。激光可以切割非金屬，但其他熱切割方法則不能。

一般來說，激光切割質量可以通過以下6個標準進行測量。

1。表面粗糙度Rz

2.切口吊渣尺寸

3.垂直度和斜率U

4.切邊圓角尺寸R

5.條紋后拖曳量n

6.平面F的圖片

適用范圍

大多數激光切割機由數控程序控制或制成切割機器人。作為精密加工方法，激光切割可用于切割幾乎所有材料，包括薄金屬板的二維或三維切割。在汽車制造領域，諸如車頂窗的空間曲線切割技術已被廣泛使用。大眾汽車使用功率為500W的激光切割復雜的車身板和各種彎曲的零件。在航空航天領域，激光切割技術主要用于切割特殊航空材料，例如鈦合金，鋁合金，鎳合金，鉻合金，不銹鋼，氧化鈹，復合材料，塑料，陶瓷和石英等。激光切割加工的航空航天零件包括發動機火焰缸，鈦合金薄壁機殼，飛機機身

切割過程

1.汽化切割

在高功率密度激光束的加熱下，材料的表面溫度迅速上升到沸點溫度，從而避免了由熱傳導引起的熔化。然后，一些材料汽化成蒸汽并消失，并且一些材料隨著輔助氣流的噴射而從狹縫的底部吹走。

通過這種汽化切割方法切割并形成一些非熔融材料，例如木材，碳和一些塑料。

在汽化切割過程中，蒸汽帶走熔融顆粒并沖刷碎屑，形成孔。

在汽化過程中，約40％的材料被汽化，而60％的材料則以液滴形式被氣流排出。

2.熔切

當入射激光束的功率密度超過一定值時，光束照射點內的材料開始蒸發，形成孔?？仔纬珊?，它會變成黑體，吸收所有入射光束的能量?？妆蝗廴诮饘俦诎鼑?，與光束對齊的輔助氣流將熔融材料運送到孔周圍。隨著工件的移動，孔與切削方向同步地水平移動以形成狹縫。激光束繼續沿著狹縫的前部照射，熔化的材料連續或脈沖地從狹縫吹走。

3.氧化融化

通常，惰性氣體用于熔融切割。如果改用氧氣或其他活性氣體，則會在激光束的照射下點燃材料，并且與氧氣的強烈化學反應會產生另一種熱源，稱為氧化熔融切割。具體描述如下：

材料表面在激光束照射下被迅速加熱到點火點的溫度，隨后與氧氣劇烈燃燒反應，釋放出大量的熱量。在這種熱量的作用下，在材料內部形成了充滿蒸汽的孔，這些孔被熔融的金屬壁包圍。氧氣和金屬的燃燒速率受燃燒物質向爐渣中的轉移的控制，而氧氣通過爐渣擴散到點火前沿的速度也對燃燒速率有很大影響。氧氣流速越高，燃燒化學和除渣速度越快。當然，氧氣流速越高越好，因為流速太快會導致在狹縫出口處產生反應產物，即金屬氧化物的快速冷卻，這也不利于切割質量。顯然，在氧化熔化和切割過程中有兩個熱源，即激光輻照能量和氧與金屬的化學反應產生的熱量。據估計，切割鋼中氧化反應釋放的熱量約占切割所需總能量的60％。顯然，與惰性氣體相比，通過使用氧氣作為輔助氣體可以獲得更高的切割速度。如果氧氣的燃燒速率高于激光束的移動速度，則縫隙將顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度快于氧氣燃燒的速度，則縫隙將變得狹窄且光滑。

4.控制容易

對于易受熱損壞的脆性材料，通過激光束加熱進行的高速可控切割稱為受控斷裂切割。該切割過程的主要內容是激光束加熱了脆性材料的小面積，這會導致該區域中較大的熱梯度和嚴重的機械變形，從而導致材料中形成裂紋。在均勻的加熱梯度下，激光束可以沿所需的任何方向引導折斷。應當指出的是，這種受控的斷裂切割不適用于切割銳角和棱角邊緣的狹縫。

切割大的封閉形狀并不容易獲得成功。

控制斷裂的切割速度快，不需要太高的功率，否則會導致工件表面熔化，破壞切割縫的邊緣。主要控制參數是激光功率和光斑大小。

切割過程注意

1.檢查相交位置。

在激光切割之前，應根據材料調整光束聚焦在工件上的位置。由于肉眼無法看到激光束，尤其是CO2氣體激光束，因此可以使用楔形丙烯塊檢測焦點位置，然后可以調整割炬的高度以使焦點對準設定位置。

2.牢記沖床操作要點。

在20世紀，從板材內部切割了一些零件，這需要先在板材上鉆孔。一種方法是使用連續激光在薄板上打孔。正常的輔助氣壓可用于照亮工件0.2?1秒，然后就可以進行切割。當工件厚度是相對的