|
激光：激光加工是一種能束加工方法，具有亮度高,、方向性好和單色性好的相干光,，因此在理論上可聚焦到尺寸與光的波長相近的小斑點(diǎn)上,。焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)107～1011W/cm2，溫度可高達(dá)萬度以上,。激光加工就是利用材料在激光聚焦照射下瞬時(shí)急劇熔化和氣化,，并產(chǎn)牛很強(qiáng)的沖擊波,，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺來實(shí)現(xiàn)材料的去除。
激光原理起自1917年愛因斯坦發(fā)表的光的受激發(fā)射理論,，50年代初的量子放大器實(shí)現(xiàn)了通過受激發(fā)射放大微波的作用,，60年代美國休斯研究所的梅曼應(yīng)用了紅宇石激光首次實(shí)現(xiàn)了振蕩，取得了光放大的激光,，為70年代發(fā)展激光加工奠定了基礎(chǔ),。
產(chǎn)生激光束的器件稱為激光器，它的種類很多,，按其工作物質(zhì)的不同可分為問體激光器,、氣體激光器、液體激光器,、半導(dǎo)體激光器和化學(xué)激光器等5種,。激光束的輸出方式有脈沖、連續(xù)和巨脈沖等3種,。 " @9 k z" K: C% A( J, ~
激光加工具有以下特點(diǎn)：
1）幾乎對所有金屬材料和非金屬材料如鋼材,、耐熱合金、高熔點(diǎn)材料,、陶瓷,、寶石、玻璃,、硬質(zhì)合金和復(fù)合材料等都可加工,。
2）加工效率高，可實(shí)現(xiàn)高速切割和打孔,，也易于實(shí)現(xiàn)加工自動化和柔性加工,。
3）加工作用時(shí)間短，除加工部位外,，幾乎有受熱影響和不產(chǎn)生熱變形,。
4）非接觸加上，工件不受機(jī)械切削力,，無彈性變形，能加工易變形薄板和橡膠等工件,。
5）由于激光束易實(shí)現(xiàn)空間控制和時(shí)間控制,，能進(jìn)行微細(xì)的精密圖形加工。
6）不存在工具磨損和交換問題,。
7）在大氣中無能量損失,，故加工系統(tǒng)的外圍設(shè)備簡單，不像電子束加工需要真空室,。
8）可以通過空氣,、惰性氣體或光學(xué)透明介質(zhì),，故可對隔離室或真空室內(nèi)工件進(jìn)行加工。
9）加工時(shí)不產(chǎn)生振動和機(jī)械噪聲,。
激光加工主要應(yīng)用于打孔和切割,，此外還有激光劃線。圖形刻劃,、修邊,、動平衡校正、熱處理,、激光焊接和打標(biāo)志等多種用途,。
6 a- H/ n8 G8 B7 V7 p- F激光切割的特點(diǎn)和切割參數(shù)ffice ffice" /> : o6 ^8 j: V: `: E5 I3 [: U
1． 切割縫細(xì)：激光切割的割縫一般在0.10～ffice:smarttags" />0.20mm。 1 F1 T) U# h; \( r
2． 切割面光滑：激光切割的切割面無毛刺,，表面粗糙度一般控制在Ra：12.5以上,。
& e' s. u5 E% y3． 速度快：激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。
+ O3 K" o0 N7 s8 H' t) Y4． 熱變形�,。杭す饧庸さ募す飧羁p細(xì),、速度快、能量集中,，因此傳到被切割材料上的熱量小,，引起材料的變形也非常小。 3 I/ K; I# @ m4 z7 I
5． 激光切割不會與材料表面相接觸,，保證產(chǎn)品不劃傷,。
9 o3 P% i0 I# R9 u6． 適合大件產(chǎn)品的加工：大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)用很高，激光加工不需任何模具制造,，而且激光加工完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊,，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。
, g8 D. q2 j/ o; D$ `: ~0 `7． 非常適合新產(chǎn)品的開發(fā)：一旦產(chǎn)品圖紙形成后,，馬上可以進(jìn)行激光加工,，你可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實(shí)物。
% [# J& W% x8 n- ^8． 節(jié)省材料：激光加工采用電腦編程,，可以把不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行材料的套裁,，最大限度地提高材料的利用率。
6 ` `& J3 R+ F- ]" K! L9． 適合激光加工的材料：激光可以對鋼板,、不銹鋼,、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進(jìn)行加工,。
4 s& P2 \- S3 z10．激光加工應(yīng)用行業(yè)：
（1） 目前開展激光加工的方面主要是電梯,、自動扶梯、紡織機(jī)械、食品機(jī)械,、輕工機(jī)械,、冷凍機(jī)械、印刷機(jī)械,、復(fù)印機(jī)械,、交通機(jī)械、港口機(jī)械,、運(yùn)輸機(jī)械,、船舶機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械,、筑路機(jī)械,、搬運(yùn)機(jī)械、環(huán)保機(jī)械及礦山,、冶金機(jī)械等等的板金加工,。
（2） 其次是電子,、電器業(yè)包括醫(yī)療儀表,、器械以及控制柜箱等板金加工。
�,。�3） 電機(jī)制造業(yè)中各類轉(zhuǎn)子,、定子、葉片的切割成型,。
�,。�4） 量具、刃具業(yè)中各類鋸條鋸片等切割成型,。
�,。�5） 汽車制造業(yè)包括零件、總裝合成和流水線中部件的制造,，
�,。�6） 廣告、裝潢及工藝品制造業(yè),。
5 e) ]4 A5 t9 C7 J# U+ B.激光切割的合理工作參數(shù)
除精細(xì)切割如切割硅片可用YAG固體激光器外,，激光切割一般采用CO2激光器，其工作參數(shù)主要有切割速度,、切縫寬度和切割厚度,。
（1）激光切割速度 它隨激光功率和噴氣壓力增大而增加，而隨被切材料厚度增加而降低,。切割6mm厚度碳素鋼鋼板的速度達(dá)到2.5m/min，而厚度為12mm的鋼板僅為0.8m/min。切割15.6mm厚的膠合板為4.5m/min,，切割35mm厚的丙烯酸酯板的速度則達(dá)27m/min,。
（2）切縫寬度 一般在0.5mm左右，它與被切材料性質(zhì)及厚度,、激光功率大小,、焦距及焦點(diǎn)位置、激光束直徑,、噴吹氣體壓力及流量等因素有關(guān),，其影響程度大致與對打孔直徑的影響相似。切割精度可達(dá)±0.02～0.01mm,。
（3）切割厚度 它主要取決于激光輸出功率,。切割碳素鋼時(shí)，1kW級激光器的極限切割厚度為9mm,，1.5kW級為12mm,，2.5kW級為19mm；2.5kW級切割不銹鋼的最大切割厚度則為15mm,。對于厚板切割則需配置3kW以上的高功率激光器,。
（4）輔助氣體提高切割效率和切口質(zhì)量 由于金屬表面的激光反射率可高達(dá)95%，使激光能量不能有效地射入金屬表面,。噴吹氧氣或壓縮空氣能促進(jìn)金屬表面氧化,，可提高對激光的吸收率來提高切割效率。增加吹氧壓力還可使切縫減小,，切割石英時(shí),，吹氧可防止再粘結(jié)。切割易燃材料時(shí),，可噴惰性氣體防止燃燒,，切割帶有金屬夾層的易燃材料，宜采用壓縮空氣,。
當(dāng)吹氣壓力未超過某一數(shù)值時(shí),，增加壓力可增大切割厚度。
對于熔點(diǎn)低,、分解點(diǎn)低及導(dǎo)熱性差的塑料,、纖維、木材,、布料等,，一般應(yīng)采用長焦距的鍺透鏡來聚焦激光束。
( N4 t' s/ x l: ^激光切割之切割材料
3 l* q3 S, r* T% p2 ~4 H }) j: ?9 I7 @7 `; u/ [
雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率,，但發(fā)射處于遠(yuǎn)紅外波段10.6um光束的CO2激光器還是成功的應(yīng)用于許多金屬的激光切割實(shí)踐,。金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%，但是，當(dāng)具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時(shí),，卻能在微秒級的時(shí)間內(nèi)很快使表面開始熔化,。處于熔融態(tài)的大多數(shù)金屬的吸收率急劇上升，一般可提高60%~80%,。從而很迅速的對板材進(jìn)行加工. 7 {7 N/ }8 M+ T
( Y5 T- D7 j& _" t9 z（1）碳鋼,。
5 Z' H4 x6 Y' {/ Y2 O" G5 h( m現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)可以切割碳鋼板的最大厚度可達(dá)20MM，利用氧化熔化切割機(jī)制切割碳鋼的切縫可控制在滿意的寬度范圍,，對薄板其切縫可窄至0.1MM左右,。 : v) ], m2 \: r( M2 h8 F
（2）不銹鋼。 / r' M: K$ |# r# Z* ]6 k
激光切割對利用不銹鋼薄板作為主構(gòu)件的制造業(yè)來說是個有效的加工工具,。在嚴(yán)格控制激光切割過程中的熱輸入措施下,，可以限制切邊熱影響區(qū)變得很小，從而很有效的保持此類材料的良好耐腐蝕性,。
' l6 m* h$ F& Z6 O4 x（3）合金鋼,。
8 y+ C9 P) u1 C2 P' a* @$ h大多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼都能用激光切割方法獲得良好的切邊質(zhì)量。即使是一些高強(qiáng)度材料,，只要工藝參數(shù)控制得當(dāng),，可獲得平直、無粘渣切邊,。不過,，對于含鎢的高速工具鋼和熱模鋼，激光切割時(shí)會有熔蝕和粘渣現(xiàn)象發(fā)生,。
& U( I! q. V* a% ~（4）鋁及合金,。 ( X" C# k( [1 V$ s0 U9 d
鋁切割屬于熔化切割機(jī)制，所用輔助氣體主要用于從切割區(qū)吹走熔融產(chǎn)物,，通�,？色@得較好的切面質(zhì)量。對某些鋁合金來說,，要注意預(yù)防切縫表面晶間微裂縫產(chǎn)生,。 & I2 M' Z+ j; h$ I5 [5 ?' Z& n
（5）銅及合金。 2 ]4 f9 D! A) v4 i/ M Y
純銅（紫銅）由于太高的反射率,，基本上不能用CO2激光束切割,。黃銅（銅合金）使用較高激光功率，輔助氣體采用空氣或氧,，可以對較薄的板材進(jìn)行切割,。
# _ n. _2 G6 O% S* l3 j9 S（6）鈦及合金。
- C7 b" K0 i) L純鈦能很好耦合聚焦激光束轉(zhuǎn)化的熱能,，輔助氣體采用氧時(shí)化學(xué)反應(yīng)激烈,，切割速度較快,，但易在切邊生成氧化層，不小心還會引起過燒,。為穩(wěn)妥起見,，采用空氣作為輔助氣體比較好，以確保切割質(zhì)量,。 ; I7 ?5 m3 d1 b- B" d* ^
飛機(jī)制造業(yè)常用的鈦合金激光切割質(zhì)量較好，雖然切縫底部會有少許粘渣,，但很容易清除,。 o! @. G/ T& b& V! _( {5 I2 b
（7）鎳合金。 ; l# {! a9 b" M9 `6 E# N
鎳基合金也稱超級合金,，品種很多,。其中大多數(shù)都可實(shí)施氧化熔化切割。
( q# b7 s* ~. K非金屬材料的激光切割
10.6um波長的CO2激光束很容易被非金屬材料所吸收﹐導(dǎo)熱性不好和低的蒸發(fā)溫度又使吸收的光束能幾乎整個傳輸入材料內(nèi)部﹐并在光斑照射處瞬間氣化形成起始孔洞﹐進(jìn)入切割過程的良性循環(huán).
2.1有機(jī)材料
2.1.1塑料（聚合物）
激光切割對塑料加工有較大的吸收力﹐因?yàn)榧す饪梢詫θ魏螐?fù)雜形狀工件進(jìn)行無接觸的高速切割﹐激光作為一種高功率密度強(qiáng)熱源﹐很快蒸發(fā)膠合劑﹐破壞材料的聚合鏈﹐實(shí)施切割.
低溶塑料﹔在正確控制工藝下﹐可獲無毛刺.氣泡的底部切割邊切縫光光滑平整.
高強(qiáng)塑料﹔為了破壞其強(qiáng)的連接鏈﹐需要較強(qiáng)的光束功率密度﹐切割時(shí)由此產(chǎn)生燃燒﹐切邊形成不同程度的碳化.
聚氯乙烯或聚乙稀﹔注意防止切割過程中產(chǎn)生有害氣體﹐防止機(jī)器生銹﹐切割斷面呈茶色﹐會有纖維絲產(chǎn)生.
2.1.2橡膠
切割時(shí)材料無接觸﹐切割時(shí)無需擔(dān)心工作的延伸和變形﹐防止切邊發(fā)粘.
2.1.3木材
激光能有效切割木材.層壓板.木屑板.無鋸屑﹐輔助氣體必須使用惰性的氮?dú)猢o防止材料的燃燒.
2無機(jī)材料
1.2. 1石英
熱膨脹系數(shù)較低的石英材料比較適宜激光切割﹐切邊質(zhì)量好﹐切面光滑.
2.2.2玻璃
對大多數(shù)玻璃來說﹐受激光熱沖擊后產(chǎn)生的裂紋.
2.2.3陶瓷
陶瓷激光切割機(jī)制是可控向斷裂﹐聚焦光點(diǎn)﹐引超定向加熱梯度和高的機(jī)械應(yīng)用力﹐使陶瓷這類幾乎沒有塑料的材料生成小裂縫﹐裂縫延著光點(diǎn)移動不斷生成﹐最后把陶瓷切斷﹐采用CO2激光束切勿使用高功率﹐否則將會出現(xiàn)龜裂導(dǎo)致切割失敗.
2.2.4石頭
不同類型的引石材料中含有水份﹐濕氣由于激光束瞬間快速加熱引起爆炸導(dǎo)致開裂
/ ? P- c! L9 x% G激光切割之熱影響與切縫 8 s4 ^2 J! L% y2 `. M* {
激光束聚焦成很小的光點(diǎn),，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度,。這時(shí)光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分,，材料很快加熱至汽化程度,，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動,，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫,。切邊受熱影響很小，基本沒有工件變形,。
! F' x1 L/ Q% A( b9 X1 C切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體,。鋼切割時(shí)利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料，同時(shí)幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣,。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣,，棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體,。進(jìn)入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡,，防止煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過熱。
! y5 L3 M4 x3 j" d, y大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)材料都可以用激光切割,。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè),，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度,，都可以進(jìn)行無變形切割,。當(dāng)然，對高反射率材料,，如金,、銀,、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體,，因此激光切割很困難,，甚至不能切割。(對于此類材料可以在材料表面涂上防反射材料進(jìn)行切割）
6 g/ j4 ~3 T, r) Q4 w激光切割無毛刺,、皺折,、精度高，優(yōu)于等離子切割,。對許多機(jī)電制造行業(yè)來說,，由于微機(jī)程序控制的現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切,、模壓工藝更被優(yōu)先選用,；盡管它加工速度還慢于模沖，但它沒有模具消耗,，無須修理模具,，還節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用,，降低了生產(chǎn)成本,，所以從總體上考慮是更合算的。
# ?. s' g/ T% }, B) j. _" Y激光切割的優(yōu)缺點(diǎn) 0 R/ j: U8 R( m5 R; ^- p
優(yōu)點(diǎn)： ! s" S$ A1 p# G8 g2 i/ Y/ |
激光束聚焦后形成具有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn),，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn),。首先，激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內(nèi),，可提供（1）狹的直邊割縫,；（2）最小的鄰近切邊的熱影響區(qū)；（3）極小的局部變形,。其次,，激光束對工件不施加任何力，它是無接觸切割工具,，這就意味著：（1）工件無機(jī)械變形,；（2）無刀具磨損，也談不上刀具的轉(zhuǎn)換問題,；（3）切割材料無須考慮它的硬度,，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割,。再次,，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性,，因而（1）與自動化設(shè)備相結(jié)合很方便,，容易實(shí)現(xiàn)切割過程自動化,；（2）由于不存在對切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力,；（3）與計(jì)算機(jī)結(jié)合,，可整張板排料，節(jié)省材料,。 ( P$ F% z, w5 c+ m9 r. {
缺點(diǎn)：
; {& g; L; Z8 d! L1：成本較高,，必須有輔助氣體。2：無法完成成型拉伸,。（現(xiàn)在有激光沖壓復(fù)合機(jī),，不過好像太貴）3：速度相對數(shù)控沖床低一些。
激光切割與加工工件的材料,，精度，復(fù)雜程度有直接的關(guān)系,，如果批量較小,，加工復(fù)雜，要求精度高,，選者激光切割機(jī)是明智的,。反之車不然。
4 b6 U7 `5 H7 E$ l) ]4 G) G- W用來加工不銹鋼是在好不過了,？特別是3mm以上的,！如果在沖床上？你想聽聽它的聲音嗎,？如果在沖床上沖３mm 的不銹鋼要開的最慢,！要不你的模具準(zhǔn)備多點(diǎn)？激光切割的優(yōu)點(diǎn)是聲音小速度快,，沒有毛刺,，不變形，不刮花材料的表層 9 ^; v/ c- M6 ]- U- P( J7 Z# U/ Y
- O4 g6 A! q5 @5 F/ O激光技術(shù)之光路傳輸
2 Z" N" n0 D" o' s2 t9 q光路,，是指光行駛的路徑,。 : U( X0 X9 X8 a0 k/ Q
目前主要有混合光路、單臂懸梁飛行光路和龍門式飛路三種,�,；旌瞎饴凡捎霉ぷ髋_或工件X軸運(yùn)動，切割頭Y軸運(yùn)動行光,，在加工中存在工件運(yùn)動,，容易導(dǎo)致精度誤差，且容易劃傷板材,，但是技術(shù)相對簡單,，造價(jià)低,，目前國內(nèi)激光設(shè)備生產(chǎn)廠主要提供這種形式的切割機(jī)供模切板行業(yè)。單臂懸梁飛行光路由于切割頭的單點(diǎn)承重,，設(shè)備剛性不足,，一般需要特殊地基，而且在長期運(yùn)行的穩(wěn)定性不夠,。龍門式飛行光路是目前最成熟的技術(shù),，它有著速度快、剛性好及精度高等特點(diǎn),。
當(dāng)然,，在一個完整的系統(tǒng)中，還有很多要素需要評估,，例如供應(yīng)商對激光工藝的研究程度,，針對各種材料的不同加工要求是否可以提供完整的解決解決工藝;設(shè)備的整體性、長期穩(wěn)定性;抗電磁干擾能力;對環(huán)境的要求……都需要我們進(jìn)行考核,。 ; d2 a/ ~3 }9 s7 K) g5 m1 K
激光加工的安全等級 ' G% ~# T: `8 @, k. y* q$ I
Class I：低輸出激光（功率小于0.4mW）,，不論何種條件下對眼睛和皮膚，都不會超過MPE值,，甚至通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后也不會超
過MPE值,。可以保證設(shè)計(jì)上的安全,，不必特別管理,。典型應(yīng)用如激光教鞭，CD播放機(jī),，CD-ROM設(shè)備,，地質(zhì)勘探設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室分析
儀器等。
Class II：低輸出的可視激光（功率0.4mW-1mW）,，人閉合眼睛的反應(yīng)時(shí)間為0.25秒,，用這段時(shí)間算出的曝光量不可以超過ＭＰＥ
值。通常1ｍＷ以下的激光,，會導(dǎo)致暈眩無法思考,，用閉合眼睛來保護(hù)，不能說完全安全,，不要直接在光束內(nèi)觀察,，也不要用Class
II激光直接照射別人的眼睛，避免用遠(yuǎn)望設(shè)備觀察Class II激光,。典型應(yīng)用如課堂演示,，激光教鞭，瞄準(zhǔn)設(shè)備和測距儀等,。
Class III ：中輸出激光,，光束若直接射入眼睛,，會產(chǎn)生傷害，基于某些安全的理由,，進(jìn)一步分為IIIＡ和IIIＢ級,。
IIIＡ級為可見光的連續(xù)激光，輸出為1-5ｍＷ的激光束,，光束的能量密度不要超過25Ｗ／ｍ﹣ｍ,，避免用遠(yuǎn)望設(shè)備觀察IIIＡ激
光，這樣可能增大危險(xiǎn),。IIIＡ的典型應(yīng)用和Class II級有很多相同之處,，如激光教鞭，激光掃描儀等,。
III B 級為5-500mＷ的連續(xù)激光,，直接在光束內(nèi)觀察有危險(xiǎn)。但最小照射距離為13ｃｍ,，最大照射時(shí)間十秒以下為安全,。IIIB
激光的典型應(yīng)用如光譜測定和娛樂燈光表演等。
ClassIV：高輸出連續(xù)激光（大于500mW）,，高過第三級，有火災(zāi)的危險(xiǎn),，擴(kuò)散反射也有危險(xiǎn),。典型應(yīng)用如外科手術(shù)，研究,，切割,，焊接和顯微機(jī)械加工等。 - w( f h) e# G
& p2 A: u. Q& G3 W( H1 |
一般的激光設(shè)備應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的安全保護(hù)措施：
（1）根據(jù)激光裝置的級別,，有關(guān)激光的安全或傷害具有充分的知識與認(rèn)識的人來指導(dǎo)處理.
（2）三級以上的激光制作由有安全操作適當(dāng)教育的人來執(zhí)行,。
（3）動作中的激光裝置，假如不發(fā)出激光光,，也不要探視光路中,。
（4）激光共振器的調(diào)整，光軸調(diào)低時(shí),，會突然發(fā)射激光,。要經(jīng)常注意眼睛的位置來處理。
（5）ＣＯ2激光使用眼睛看不到的紅外光大型激光時(shí),，附近的人要特別注意,。
（6）不能避免反射光或亂射光時(shí)，在使用三級以上的激光時(shí),，可以使用保護(hù)眼鏡,。
: d; Z( g5 F; c* L, p8 Q 8 Z5 ~9 E' s1 A. I) W, o8 k
|
發(fā)表于 2007-5-24 15:40:57
QQ好友和群
收藏
淘帖
問題專業(yè),，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
樓主
發(fā)表于 2007-5-25 17:04:29