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1、浅谈激光切割加工技术摘要随着社会的进步，时代的发展，科学技术也在不断的发展。适用于各种材料 的切割方法很多，现代工业生产中普遍应用的主要是氧气切割、等离子弧切割、 激光切割和水流切割法等。本文将从激光切割的原理、发展、加工特点以及在生 产生活中的应用几个方面来浅谈激光切割加工技术。关键词：激光切割，原理，加工特点，应用引言1967年5月，HOULDCROFT第1次成功实现用300WC02激光并辅以氧气在lm/ min速度下切割厚度2. 5mm以内的高碳工具钢和不锈钢，从而为激光应用开辟 了一个新的加工领域。随着科学技术的进步，激光切割是激光加工行业中最重要 的应用技术之一，是不可缺少的钣金加工
2、手段，己广泛用于汽车、船舶、航空、 机械制造、化工、轻工、电器与电子、石油及冶金等行业。激光切割加工广阔的 应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加 工技术进行更为深入的研究，推动着激光切割技术不断向前发展。结合生产实际， 从以下个方面对普通激光切割工艺进行认识与理解。1. 激光切割原理激光是一种高亮度、方向性好以及单色性好的相干光。聚焦后的激光束照在 任何贤硬的材料上都将产生上万度的高温。在此高温下，任何坚硬的材料都将瞬 时急剧熔化和蒸发，并产生很强烈的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除。2. 激光切割分类激光切割的分类标准有多种，一般根据激光切割原理和激光器对
3、激光切割工 艺进行分类，此外还可按组成结构、切割材料、工作空间等进行分类。首先，按照切割原理分类，可以分为：汽化切割、高压气聚焦熔化切割、氧 化熔化切割。汽化切割。在高功率密度激光束的加热下，0.56. Omm板材表面温度会迅 速升至沸点温度，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料气化成蒸汽消失， 部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。切割气体一般用氮气或氩 气。高压气聚焦熔化切割。当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射 点处材料内部开始蒸发，形成孔洞，其将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小 孔被熔化金属壁所包围，然后与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带 走。切割气体一般用
4、氮气。氧化熔化切割。熔化切割通常使用惰性气体，但如果代之以氧气或其他活性 气体，材料会在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应，从而产生 另一热源，即为氧气熔化切割，可获得较高的切割速度。切割气体一般用氧气。其次，按常用激光器分类，可以分为：C02激光切割、YAG激光切割、光纤 激光切割。C02激光切割。用于切割薄金属、纸张、林材、塑料、纺织品及其他非金属 材料。YAG激光切割。可用于切割金属、陶瓷、塑料和石墨复合材料。光纤激光切割。可用于切割金属、陶瓷、塑料和石墨复合材料。不仅提供了 C02激光切割可实现的速度和切割质量，而且维护和操作成木低，是未来激光切 割发展的趋势。3. 激光切
5、割加工工艺参数激光切割质景和工效的标志是切割表面的质景和切割速度。激光切割质量和 切割速度与激光功率。激光束横模结构，光束直径，激光输出参数的稳定度奋关; 与材料表面的反射率，热传导率及板材厚度有关，与聚焦系统的焦距，激光焦点 尺寸和位置，聚焦深度，透镜材料，透镜的冷却方式有关：与辅助气体的种类， 气体压力，气体流量，喷气嘴与材料表而的距离有关。当激光器与聚焦系统确定后，为丫获得切割精度高的切割表面，激光切割的 工艺参数主要是调整激光功率，光路，切割速度，工作气体，辅助气体及切割路 径的优化等。首先，激光速度的选择。激光切割质量和工效的标志是切割表而的质量和切割速度。激光切割质量和 切割速度与
6、激光功率。激光束横句联合模结构，光束直径，激光输出参数的稳定 度有关；与材料的表面反向率，热传导及板材厚度有关；与聚焦系统的焦距，激 光焦点尺寸和位置，焦距深度，透镜材料，透镜的冷却方式有关；与辅助气体的 种类、，气体压力，气体流量，喷气嘴的形状，口径，喷气嘴与材料、表而的距 离有关。当激光器，聚焦系统，加工材料确定后，为了获得切割精度高的切割断 面。激光切割的工艺参数主要是调整激光功率，切割速度，辅助气体流量和喷气 组离加工材料表面的距离。切割速度是一个至关重要的工艺参数。切割时，需要 根据激光器功率大小和工件的厚度确定激光加工的合适切割速度。当切割速度选 择过小时，由于光束在同一位置作用时
7、间过长，能量聚焦会使切割表而产生裂纹 或烧焦现象；而切割速度选择过大，则不能切割工件。因此，加工速度的选择， 应综合考虑激光器切割吋的加工速度与其输出功率的关系。其次，激光切割路径的优化。根据激光加工的特性，该系统需做到可自动将工艺信息添加到圈形中，其中 包括自动给出切入，切出点，对内轮廓切割，选择最长的线段或圆弧的中点作为 进刀点，并在此处加一与该线段或圆弧相PJ切的圆弧作为辅助进，出刀路径；归 外轮廓切割选择进出点的原则是：选择尖角顶点作为进出点，并向外延长该角的 两边作为辅助进出路径，若图形中无尖角，则选择最长圆弧的中点作为进刀点， 并在该点做该圆弧的外切线，作为辅助切入，出路径，从而确
8、保进，出刀点的切 割质量。另外，该系统最好也能做到，使用户也可通过入机交互方式绘出进，出 刀点及修改辅助路径长度。这样，才能尽可能减少激光切割过程中的停切和起切 次数，最大限度地保证激光的连续切割，提高切割边缘质量的加工效率。4. 激光切割在实际生产中的应用4. 1在薄板加工中的应用充分利用软件优势，提高薄板材料的利用率。AMADA的激光切割机配套的编 程软件为AMLASER，它的CAD工作平台为CAD KEY7. 0,辅以Lnest （优化排料）， 旋转支撑等较有特色的功能。Lnest可在定尺材料上优化排列相冋料厚的多种不 同零件，利用这一功能用激光切割薄板可省略开料这一工序，降低工时，同时
9、可 减少材料装夹次数。由于AMADA的激光切割机存在加工死区，减少装夹次数就意 味着节省材料，减少加工辅助时问。瑞士百超的激光切割机的“飞行光路”，待 加工的板材不需要夹紧，不仅不存在加工死区，而且加工速度成倍的提高。编制 切割方案吋可根据生产计划把相同料厚的多种不同零件排列在定尺材料上，提高 材料的利用率。减少模具数量、加快产品开发速度。因为，近年来在纺织机械产品中少切削、 无切削以及钣金件所占的比重越來越大，如果没有比较先进的工艺设备，那么每 种钣金类零件在落料生产工序中的工作量非常大。大部分落料需要利用模具，而 模具的设计、生产需要相当的时间。另外，一个新产品在试制过程中往往是单件 &4
10、tL量生产，而且零件须根据试制情况作相应改动，这样一来利用模具生产成 本就太高了。用激光切割落料可节省大量模具的投入，使生产的准备时间缩短， 产品开发速度加快。激光切割冲压零件还可提高模具设计的准确性。因为，落料 作为拉仲成型的前道工序，其落料尺寸往往需要修正。而利用激光割出的冲压零 件在成形模上试加工，就可准确的定出落料模的尺寸，为以后大批量生产时设计 模具打下基础。4.2在中厚板加工中的应用对于具有复杂型腔的精度比较高的中厚板，如果用数控冲床来加工，应该说 是一种加工方法，但只有使数控冲床的步进冲切的间隔越小，零件加工的精度才 能越高，所以相对来说加工的时间就长了，效率不高不经济，并且容易
11、损坏刀具。 如果用加工中心来加工，它能保证零件的高精度要求，但是加工时间更长，不适 合短期需要使用的零件的加工，对于精度不是很高的零件加工没有这个必要，况 且加工中心加工的成本很高，而使用激光加工，就能够比较快的对精度比较高的 中厚板的加工，如在我公司新近开发的纺机参展机新品HY68型精梳机的墙板和 支板撑及HY51型条并卷机的张紧轮架和挡板等钣金零件的生产过程中，在参展 时间紧，要求高的情况下，充分的使用和发挥了激光切割的优势，顺利地完成了 参展机所要达到的性能和质量R标，圆满的完成了参展任务。4. 3在复杂管件上的加工高速弹力丝机热箱部件中的盛液管是一比较复杂的不锈钢圆管件，管壁厚度 2,
12、管身上在不同角度、不同长度上分布着不同直径的圆孔、随圆孔以及尺寸 较大的多个长方孔，尺寸精度、位置精度要求较高。以前用专用组合冲模加工， 由于受定位精度、冲裁力以及模具失精的影响，零件质量一直不能令人满意。而 该热箱部件为出门到德国的产品，质量要求很高。尝试着用激光切割机加工，辅 助动力头和配套夹具解决了装夹定位的问题，产品质量明显提高，达到了设计要 求。4. 4在特殊材料上的应用切割铝和铝合金应该用连续切割模式，尽管锃板反射率和导热性高，也可以 切到8 mm。当用氧气切割吋，切面粗糙，毛刺少但难清除。当用氮气保护切割 时，切面光滑，4 mm以下的切缝没有毛刺。随着厚度增加，毛刺会增多并越难
13、清除。切割钛板使用氮气或氩气作为切割保护气体，计算机中有切割参数。用氮 气保护切割时，切而微黄色；用氩气保护切割时，切而白色。切割铜时，必须要 用氧气切割，厚度可达3 mm。对于合成材料，可用来加工的有热塑塑料、热固 塑料和合成橡胶。激光还可以用来切割木材、皮革、厚纸板和纸，但切边会烧焦 (变黄)，切割速度越高，炭化越少。切割胶合板时，不能保证切面光洁，因为不 同的胶有不同的分解特性。5. 结论目前，激光切割技术正朝高速度、多自由度、大幅面大厚板、高贺能化方向 发展。为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机也己 研制出多种5轴机和6轴机，正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向发 展。此外，激光切割机器人的技术成熟度和应用范围也越来越大。参考文献：1 江海河.激光加工技术应用的发展及展望J.光电子技术与信息，2001(4)2 胡兴军.激光切割的基本原理及新进展J.苏南科技开发，2004(11)3 陈继民.激光切割中入射角对切割质量的影响J.中国激光，20014 黄开金.空间曲率半径对三维物体激光切割质量的影响J.中国激光，20015 李祥友.激光精密切割不锈钢薄板的工艺研宂J.中国激光，2001
