激光切割工艺

2、激光切割机的主要组成： （1）激光器 按工作物质的种类可分为固体激光器、气 体激光器、液体激光器和半导体激光器四 大类。由于He-Ne(氦—氖)气体激光器所产 生的激光不仅容易控制，而且方向性、单 色性及相干性都比较好，因而在机械制造 的精密测量中被广泛采用。而在激光加工 中则要求输出功率与能量大，目前多采用 二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、 YAG(掺钕钇铝石榴石)等固体激光器。
气源：瓶装气、压缩空气（空气压缩机、冷
干机） 过滤装置 管路
（5）电源
三相电压稳定度±5%
电源不平衡度2.5%
（6）控制系统
导光聚焦系统
根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整 形、聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗 口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。
激光加工系统
2.3 激光气化切割 在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气



化，此情况下需要非常高的激光功率。 为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚 度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而 只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。 该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。 ——在板材厚度一定的情况下，最大切割速度反比 于材料的气化温度。 ——所需激光功率密度要大于108W/cm2，并且取 决于材料、切割深度和光束焦点位置。 ——在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光 功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。
三、加工过程
“加工过程”指激光光束、加工气 体和工件之间的相互作用。
3.1 切割过程

该过程发生的区域是切割之前。作用在该切割之前的激



光必须加热工件到把材料熔化和气化所需的温度。 切割平面由一个几乎垂直的平面组成，该平面被吸 收的激光辐射加热并熔化。 ——在激光火焰切割中，该熔化区被进入割缝的氧气流 进一步加热，达到接近沸点的温度。产生的气化把材料 移走。同时，借助于加工气体，液化材料从工件下部排 出。 ——在激光熔化切割中，液化材料随气体排出，该气体 也保护割缝以防氧化。连续的熔化区沿着切割方向逐渐 滑移。因而得到一条连续割缝。 激光切割过程的许多重要活动发生在该区域。对这 些活动的分析可以得到激光切割的重要信息。 这样，就可以计算切割速度并解释牵引线特性的形 成。
二、激光切割方法
2.1 激光熔化切割





在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气 流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生 在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。 激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材 料离开割缝，而气体本身不参于切割。 ——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随 着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反 比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数 就是割缝处的气压和材料的热传导率。 ——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到 无氧化切口。 ——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢 材料来说，在104W/cm2～105 W/cm2之间。
激光切割技术
激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化 的综合技术。激光束的参数、机器与数控系统的性 能和精度直接影响切割的效率和质量。 焦点位置控制技术：激光切割的优点之一是光束的 能量密度高，一般10W/cm2 ,一般大功率CO2 激光 切割工业应用中广泛采用（127-190mm）的焦距。 实际焦点光斑直径在0.1-0.4mm之间。 激光穿孔技术 :任何一种热切割技术，除少数情况 可以从板边缘开始外，一般都需在板上穿一小孔。 激光切割机有2种穿孔的基本方法：爆破穿孔法和 脉冲穿孔法。
喷嘴设计及气流控制技术：目前激光切割用
喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小 圆孔，通常用实验和误差的方法进行设计。
激光切割的工艺分析
激光切割是熔化与汽化相结合的过程，影响其切割质 量的因素很多，除了机床、加工材料等硬件因素之 外，其他软件因素也对其加工质量有很大的影响。 根据实际切割中出现的问题，结合激光切割本身的 特点，研究这些软件因素对加工质量的影响正是计 算机辅助工艺设计的基本内容，具体包括以下几点： ① 打孔点的选择，根据实际情况确定打孔点位置； ② 辅助切割路径的设置 ③ 激光束半径补偿和空行程处理； ④ 通过板材优化排样来节省材料尽可能提高板材利 用率； ⑤ 结合零件套排问题的路径选取； ⑥ 考虑热变形等加工因素影响后的路径。
激光切割示意图
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4 5 6
1— 激光器；2— 激光束； 3— 全反射棱镜；4— 聚焦物镜； 5— 工件；6— 工作台
激光切割的特点
(1) 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激


光加工。 (2) 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密 加工，如微细窄缝和微型孔的加工。 (3) 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室 或其它地点进行加工。 (4) 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械 加工变形。 (5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续 加工，加工效率高，加工变形和热变形小。

不锈钢
切割不锈钢需要： ——使用氧气，在边缘氧化不要紧的情况下。 ——使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需 要再作处理了。 ——用可能得到的高激光功率，同时采用高压氮气， 比用氧气可能会得到相当的或更高的切割速度。 ——为了用氮气切4mm以上的不锈钢，并且无毛刺， 调节焦点位置是必要的。重新设焦点位置并降低速 度，就可能得到洁净的切口，当然无法避免小毛刺。 ——在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效 果，而不降低加工质量。 对于不锈钢，请选择： ——氧气切割：对于5mm以上的厚板材，降低进给 速度，激光采用脉冲模式。 ——对于穿孔和切割采用同样的喷嘴高度。
结构钢
该材料用氧气切割时会得到较好的结果。使 用CW模式激光。当加工非常小的曲线控制系 统改变进给速率时，它通过调节使激光功率 和轴进给速率相适应。 当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微 氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气 作为加工气体进行高压切割。这种情况下， 切割边缘不会被氧化。 复杂轮廓和小孔（直径小于材料厚度）应该 用脉冲模式切割。这样可以避免切掉尖角。
By Jin 3015数控切割机的主要技术参数： （1）切割区域：3048 mm x 1524 mm （2）Z 轴行程：70 mm （3）机器精度，根据VDL/DGQ 3441: ±0.1mm/m （4）重复精度： ±0.05mm （5）X、Y 轴最大定位速度：100 m/min （6） X、Y 轴最大联动定位速度：141m/min （7）最大轴向加速度：8m/S2
（8）最大切割速度：50m/min （9）机器自重:约12,000kg （10）颜色标准：NCS S 0585-Y80R； NCS S 7020-R60B （11）工作台最大承重：750kg （3000X1500X20mm） （12）交换切割台交换时间：约35秒 机床精度VDL/DGQ3441测量长度1m。切割 精度与板材厚度和质量有关。
——碳含量越高，切割边缘越易淬火，拐角越易过烧。 ——合金含量高的板材比低的更难切割。 ——氧化或喷砂处理过的表面会得到更差的切割质量。 ——板材表面的余热对切割结果有负面影响。 ——厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板 并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。油 膜减少熔渣粘到表面并极大地帮助切割。油膜不影响切 割活动的效果。 ——为了消除张力，只切割经二次处理过的钢板。沸腾 条件下熔化钢铁中的不纯成份实际上对切割结果有很大 影响。 ——为了切割表面洁净的结构钢，须遵循以下提示： ·Si≤0.04％：首选，激光加工很好 · Si <0.25％：某些情况下会得到稍微差点的切口 · Si >0.25％：不适合激光切割，可能会得到更差的或不 一致的结果。 注意：对于达到St52的钢铁，按照DIN标准的容许量为 Si≤0.55％。该指标对于激光加工来说太不精确了。
——热影响区
激光火焰切割和激光熔化切割会导致切割 材料边缘区域发生材料变异。 当加工低碳钢或无氧钢时，热影响区的淬 火减少了。 对于高碳钢（60#），会出现边缘区域变 硬的现象。 对于硬轧铝合金，热影响区甚至会比其余 部分稍微软一些。 ——熔点 ——热熔解 ——气化温度
3.3 不同材料的可加工性
2.2 激光火焰切割 激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于
使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金 属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加 热。由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该 方法可得到的切割速率比熔化切割要高。 另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质 量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙 度、增加的热影响区和更差的边缘质量。 ——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好 的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激 光来限制热影响。 ——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一 定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热 传导率。
激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标 范围内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子 技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控 制工作台的移动，实现激光加工的连续工作。
3、加工原理： 將数字信息送入专用的或通用的计算机, 计算机对输入的信息进行处理和运算,发出 各种指令來控制机床的伺服系統或其它执行 元件,使机床自动加工出所需要的工件或产 品.
激光工艺培训
一 、激光切割机介绍
1、定义： (1)主要用于将板材切割成所需形状工件的 激光加工机床。 (2)利用激光束的热能实现切 割的设备， 就是将激光束照射到工件表面时释 放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和 雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限 于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平 滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于 传统的切割工艺设备。
（2）主机
按切割柜与工作台相对移动的方式，可分为以 下三种类型： （1）在切割过程中，光束（由割炬射出）与工 作台都移动，一般光束沿Y向移，工作台在X向 移。 （2）在切割过程中，只有光束（割炬）移动， 工作台不移动。 （3）在切割过程中，只有工作台移动，而光束 （割炬）则固定不动。