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  • 钣金件快速精 确加工中的激光切割工艺分析

    作者:admin   添加时间:2012-09-29 15:33:42   浏览:

    钣金件快速精确加工 中的激光切割工艺分析转自机械专家网。

     

    2.5结论

    在对加工速度、加工精度、生产率、生产成本的综 合考虑下,选择激光切割 加工钣金零件能获得满意结果。

    3激光切割的工 艺过程及其参数分析

    3.1激光设备

    激光设备采用Trumpf公司激光冲裁 复合加工中心。

    3.2激光束参数

    激光系统一般 由激光器、激光传输系统、控制系统、运动系统、传感与检测系统组成,其核心为激光器。

    激光器为CO2气体脉冲式激光器。光束横截面上 光强分布接近高斯分布.具有极好的光束质量,主要性能指标如下:

    激光波长:10.6μm
    脉冲功率:2.4kW:脉冲宽度:约10ms
    功率密度:10000000W/cm2
    激光发散角:1mrad
    激光功率稳定度:2%
    激光束焦点直径:Φ0.15~Φ0.30

    经实践验证,激光冲裁复合 加工中心CO2激光切割加工δ0.5mm,δ6mm板材的工艺特 点及相关参数是:

    (1)切口宽度窄(一般为0.15~0.30mm)、精度高(一般孔中心距误差为0.01~0.05mm,轮廓尺寸误差为0.05~0.2mm)、切口表面粗糙度好(一般Rz为1.6~6.4μm),切缝一般不需 要再加工即可焊接。由图2可以看出切缝 粗糙度与料厚成正比。

     

    (2)采用2kW激光功率,δ6mm厚不锈钢的切 割速度为1.2m/min:δ2mm厚不锈钢的切 割速度为3.6m/min,热影响区微小,变形极小。以上优点足以证明:CO2激光切割成为 发展迅速的一种先进加工方法。

    由图3可以看出材料 的最大切割速度与料厚成反比。

     

    3.3工艺过程及工艺参数

    3.3.1数控编制切割工艺

    用Trumpf公司激光冲裁 复合加工中心附带的TOPS300工艺编程软件 进行数控编程,同时完成材料 的下料尺寸计算、排样、工艺参数设定。过程如下:

    (1)绘图及图形类 型的转换(要求零件外轮廓闭合);
    (2)确定材料、尺寸和零件排样;
    (3)使用激光切割:圆角工艺(获得锐边倒钝)或回路工艺(获得锐角);自动载入气体类型、切割速度,并设置退料;
    (4)加工顺序优化,生成数控加工程序,传输程序;

    3.3.2切割穿孔技术

    对于δ0.5mm~δ6mm厚的板材.大多数热切割 技术都必须在板上穿一小孔。激光冲压复合 机上是用冲头先冲出一孔。然后再用激光 从小孔处开始切割。对于没有冲压 装置的激光切割机一般用脉冲穿孔的基本方法--脉冲穿孔:金属对10.6um激光束的起始 吸收率只有0.5%~10%。当功率密度超过106W/cm²的聚焦激光束 照射到金属表面时。却能在微秒级 的时间内很快使表面开始熔化。常用空气或氮 气作为辅助气体,每个脉冲激光 只产生小的微粒喷射。逐步深入,因此厚板穿孔 时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气 体换成氧气进行切割。(注:产生高峰值功 率脉冲激光的元气件电子管寿命约20000小时.价格昂贵.对6≤3薄板最好采用 预冲孔工艺,6≥3的板料才采用 脉冲穿孔工艺)。

    3.3.3喷嘴及气流控制

    激光切割钢材时.氧气和聚焦的 激光束是通过喷嘴射到被切材料处。从而形成一个气流束。对气流的基本 要求是进入切口的气流量要大,速度要高,以便足够的氧 化使切口材料充分进行放热反应,同时又有足够 的动量将熔融材料喷射吹出。目前激光切割 用的喷嘴采用一锥形孔带端部小圆孔的结构.在使用时从喷 嘴侧面通入一定压力。材质为纯铜,体积较小,是易损零件。

    3.3.4激光切割的主要工艺

    (1)升华切割

    在高功率密度 激光束的加热下。δ0.5mm~δ6mm板材的表面温 度会迅速升至沸点温度。部分材料汽化 成蒸汽消失.部分材料作为 喷出物从切缝底部被辅助气流吹走。切割气体一般用氮气(N2)或氩气(Ar)。

    (2)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。它将作为黑体 吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化物 质所包围。然后.与光束同轴的 辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动,小孔按切割方 向同步横移形成一条切缝。切割气体一般用氮气(N2)。

    (3)火焰氧化熔化切割

    熔化切割一般 使用惰性气体,如果代之以氧 气或其它活性气体。材料在激光束 的照射下与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源,称为氧化熔化切割。切割气体一般用氧气(02)。

    切割气体氧气 和氮气的比较见表1。

     

    3.3.5激光切割气体的消耗

    激光切割气体 的消耗如图4和图5所示。由图4可以看出,对于δ0.5mm-δ6mm的同一种料厚的板料,单位时间内从 喷嘴喷出氧气气体体积随着使用压力提高而提高,对于不同料厚的板料.在同一压力下 单位时间内从喷嘴喷出气体体积增量与料厚增量的平方成正比。

     

    由图5可以看出。对于δ0.5mm~6mm的同一种料厚的板料,单位时间内从 喷嘴喷出氮气气体体积随着使用压力的提高而提高,对于不同料厚的板料.在同一压力下 单位时间内从喷嘴喷出气体体积增量与料厚增量的平方成正比。由于氮气压力在6bar以上才对切割 起到有效作用。所以气体消耗量大。

     

     

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