看懂這些就購了 法利萊激光切割機基礎(chǔ)知識大全

     導(dǎo)讀：這是一篇法利萊為您準備的干貨貼，看懂這些，相信您會對激光切割技術(shù)有更加全面的了解。

     一、激光切割的原理和功能

     1、激光切割是由電子放電作為供給能源，通過 He、N2、CO2 等混合氣體為激發(fā)媒介，利用反射鏡組聚焦產(chǎn)生激光光束，從而對材料進行切割。

     2、激光切割的過程：在數(shù)控程序的激發(fā)和驅(qū)動下，激光發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生出特定模式和類型的激光，經(jīng)過光路系統(tǒng)傳送到切割頭，并聚焦于工件表面，將金屬熔化；同時, 噴嘴從與光束平行的方向噴出輔助氣體將熔渣吹走；在由程控的伺服電機驅(qū)動下，切割頭按照預(yù)定路線運動，從而切割出各種形狀的工件。

     DF3015Plus數(shù)控光纖激光切割機是武漢法利萊工業(yè)公司的主導(dǎo)機型，采用整體龍門結(jié)構(gòu)機床、雙邊驅(qū)動、高強度鋁合金橫梁，德國數(shù)控、驅(qū)動、電機、精密直線導(dǎo)軌及斜齒輪傳動系統(tǒng)。設(shè)備整體剛性好，性能穩(wěn)定，是高速、高精、高效率、高性價比的集中體現(xiàn)。

法利萊DF3015Plus數(shù)控光纖激光切割機

     該機型的主要特點如下：

     ●單軸定位速度80m/min

     ●雙交流伺服電機同步驅(qū)動系統(tǒng)

     ●德國專業(yè)激光切割數(shù)控系統(tǒng)，具有激光切割專用功能

     ●德國進口高精密減速機，采用高精度磨削斜齒輪齒條 

     ●簡潔時尚的外觀、集中潤滑系統(tǒng)及排煙塵裝置

     ●同步高速交換工作臺

     ●采用集成結(jié)構(gòu)設(shè)計，占地面積比同類機型更小

     激光切割專用功能：

     ● 激光打標功能：在切割的板材上，可以先打標后進行切割

     ● 漏切折回模式：允許操作員在發(fā)現(xiàn)漏切時即時返回

     ● 能量響應(yīng)功能：高速調(diào)節(jié)激光能量以保證拐角切割質(zhì)量

     ● 跟蹤響應(yīng)功能：快速自動控制噴嘴與板材距離

     ● 割縫補償功能：保證零件切割尺寸精度

     ● 共邊切割功能：提高材料利用率和效率

     ● 工藝數(shù)據(jù)庫：人機界面友好，方便操作

     ● 蛙跳功能：減少切割頭抬起時間，提高切割效率

     ● 飛行切割：減少穿孔時間，提高薄板切割效率

     ● 自動尋邊：自動檢測板材邊界，確定工件加工坐標系

     二、切割方法

     不同的材料，切割方法不一樣，主要分為熔化切割、氧化切割、氣化切割、導(dǎo)向斷裂切割等。

     1、熔化切割 

      在激光熔化切割中，工件材料在激光束的照射下局部熔化，熔化的液態(tài)材料被氣體吹走，形成切縫，切割僅在液態(tài)下進行，故稱為熔化切割。切割時在與激光同軸的方向供給高純度的不活潑氣體，輔助氣體僅將熔化金屬吹出切縫，不與金屬反應(yīng)。激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。

     2、氧化切割 

     與熔化切割不同，激光氧化切割使用活潑的氧氣作為輔助氣體。由于氧與已經(jīng)熾熱了的金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出大量的熱，結(jié)果是材料進一步被加熱。 材料表面在激光束照射下很快被加熱到燃點溫度，與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，放出大量熱量，在此熱量作用下，材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔周圍被熔化的加工材料所包圍。

     燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣，控制氧和加工材料的燃燒速度，氧氣流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)和去除熔渣的速度也越快。但是 ，如果氧氣速度過快，將導(dǎo)致割縫出口處的反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，對切割質(zhì)量造成不利影響。

     切割過程存在兩個熱源：激光束照射能和化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計，切割碳鋼時，氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能占切割所需能量的60%。在氧化切割過程中，如果氧化燃燒的速度高于激光束移動的速度，割縫將變寬且粗糙，反之，如果移動速度慢，則割縫窄而光滑。

     3、氣化切割 

     激光束焦點處功率密度非常高，可達106W/cm2以上，激光光能轉(zhuǎn)換成熱能，保持在極小的范圍內(nèi)，材料很快被加熱至氣化溫度，部分材料氣化為蒸汽逸去，部分材料被輔助氣體吹走，隨著激光束與材料之間的連續(xù)不斷的相對運動，便形成寬度很窄（如0.2mm）的割縫。這種切割方法的功率密度在108W/cm2左右。一些不能熔化的材料如木材、碳素材料和某些塑料即通過這種方法進行切割。

     激光氧化切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈沖模式的激光來限制熱影響。所用的激光功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。

     4、導(dǎo)向斷裂切割

     對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為導(dǎo)向斷裂切割。這種切割過程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。

     選擇切割方法，需考慮它們的特點和板件的材料，有時也要考慮切割的形狀。由于氣化相對熔化需要更多的熱量，因此激光熔化切割的速度比激光氣化切割的速度快，激光氧化切割則借助氧氣與金屬的反應(yīng)熱使速度更快；同時，氧化切割的切縫寬，粗糙度高，熱影響區(qū)大因此切縫質(zhì)量相對較差，而熔化切割割縫平整，表面質(zhì)量高，氣化切割因沒有熔滴飛濺，切割質(zhì)量最好。另外，熔化切割和氣化切割可獲得無氧化切縫，對于有特殊要求的切割有重要意義。

     一般的材料可用氧化切割完成，如果要求表面無氧化，則須選擇熔化切割，氣化切割一般用于對尺寸精度和表面光潔度要求很高的情況，故其速度也最低。另外，切割的形狀也影響切割方法，在加工精細的工件和尖銳的角時，氧化切割可能是危險的，因為過熱會使細小部位燒損。

     三、運行模式

     激光器經(jīng)常運行在連續(xù)輸出模式，為了得到最佳的切割質(zhì)量，對于給定的材料，有必要調(diào)整進給速率，例如拐彎時的加速，減速和延時。因此，在連續(xù)輸出模式下，降低功率是不夠的，必須通過變化脈沖來調(diào)整激光功率。

各種不同的激光運行模式、應(yīng)用范圍舉例

     在連續(xù)模式下，激光輸出的功率是恒定的，這使得進入板料的熱量比較均勻，它適合于一般情況下較快速的切割，一方面可以提高工作效率，另一方面也是避免熱量集中導(dǎo)致熱影響區(qū)組織惡變的需要。

     調(diào)制模式的激光功率是切割速度的函數(shù)，它可以通過限制在各點處的功率使 進入板料的熱量保持在相當?shù)牡退?，從而防止切縫邊緣的燒傷。由于它的控制比較復(fù)雜，因此效率不是很高，只在短時段內(nèi)使用。

     脈沖模式雖可細分為三種情況，實質(zhì)上只是強度的差別，往往根據(jù)材料的特性和結(jié)構(gòu)的精度來選擇。

     四、激光切割的特點

     1、激光切割的切縫窄，工件變形小

     激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴散的部分，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。

     切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。碳鋼切割時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。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過熱。

     大多數(shù)有機與無機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，都可以進行無變形切割。當然，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。

     激光切割無毛刺、皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對許多機電制造行業(yè)來說，由于微機程序控制的現(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)約更換模具時間，從而節(jié)省了加工費用，降低了生產(chǎn)成本，所以從總體上考慮是更合算的。

     2、激光切割是一種高能量、密度可控性好的無接觸加工

     激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點，把它應(yīng)用于切割有許多特點。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）狹窄的直邊割縫；（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，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）與計算機結(jié)合，可整張板排料，節(jié)省材料。

     3、激光切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性

     與其它常規(guī)加工方法相比，激光切割具有更大的適應(yīng)性。與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個極小的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。

     五、氣體參數(shù)的控制

     在實際的激光切割過程中，還要有輔助氣體的參與。輔助氣體不但可以將熔 渣及時吹走，還起到冷卻工件和清潔透鏡的作用，選用不同的輔助氣體，更能夠改變切割的速度及割縫表面質(zhì)量，對特殊金屬的切割具有重大意義。

     影響氣體的參數(shù)包括氣體類型、氣體壓力和噴嘴直徑。

     1、輔助氣體類型 

     輔助氣體類型有氧氣、空氣、氮氣和氬氣。氧氣適合于厚板切割、高速切割和極薄板切割；空氣適合于鋁板、非金屬及鍍鋅鋼板的切割，在一定程度上它可以減少氧化膜且節(jié)省成本；氮氣作為切割時的保護氣體可防氧化膜發(fā)生，防止燃燒(在板料較厚時容易發(fā)生)；氬氣用于鈦金屬切割。

     2、氣體壓力 

     氣體壓力分高壓和低壓兩種,根據(jù)激光機的技術(shù)參數(shù)，高壓最 大為20兆帕，低壓最大為 5 兆帕。選擇壓力的依據(jù)有板料厚度、切割速度、熔化金屬的粘度和激光功率。當料厚較大，切速較快，金屬液體的粘度較高時,可選用高一些的壓力；相反，對于薄料、慢速切割或液態(tài)粘度小的金屬，則可選擇適當?shù)牡蛪?。功率較大時適當增加氣體壓力對冷卻周圍材料是有益的,它適用于有特殊要求的場合。不管選用怎樣的壓力，其原則都是在保證吹渣效果的前提下盡可能經(jīng)濟。

     3、噴嘴直徑 

     噴嘴直徑的選取與氣體壓力的選擇原則上是一樣的,但它還與切割方法有關(guān)。對于以氧氣作為輔助氣體的切割，由于金屬的燃燒，割縫較寬，要想迅速有效地吹走熔渣，得選用大直徑的噴嘴才行，對于采用脈沖切割的場合，割縫較小,不宜選用太大的噴嘴。有時噴嘴大小的選擇會與壓力選擇相矛盾,在不能兩全的情況下,通過調(diào)節(jié)噴嘴與切縫的距離也能起到一定的作用。常用的噴嘴直徑是1.5和2.0的。

     六、材料特性與激光加工的關(guān)系

     工件切割的結(jié)果可能是切縫干凈，也可能相反，切縫底部掛渣或切縫上帶有燒痕，其中很大的一部分是由材料引起的。影響切割質(zhì)量的因素有：合金成分、材料顯微結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量、表面處理、反射率、熱導(dǎo)率、熔點及沸點。

     通常合金成分影響材料的強度﹑可焊性﹑高氧化性和耐腐蝕性，所以含碳量 越高越難切割；晶粒細小切縫品質(zhì)好；如果材料表面有銹蝕，或有氧化層，熔化時因氧化層與金屬的性質(zhì)不同，使表面產(chǎn)生難熔的氧化物，也增加了熔渣，切縫會呈不規(guī)則狀；表面粗造減少了反光度，提高熱效率，經(jīng)噴丸處理后切割質(zhì)量要好許多。導(dǎo)熱率低則熱量集中，效率高。

     因此，越是晶粒細小、表面粗糙、無銹蝕、導(dǎo)熱率低的材料越容易加工，而含碳量高、表面有鍍層或涂漆、反光率高的材料較難切割。含碳量高的金屬多屬于熔點比較高的金屬，由于難以熔化，增加了切穿的時間。一方面，它使得割縫加寬，表面熱影響區(qū)擴大，造成切割質(zhì)量的不穩(wěn)定；

     另一方面，合金成分含量高，使液態(tài)金屬的粘度增加，使飛濺和掛渣的比率提高，加工時對激光功率、氣吹壓力的調(diào)節(jié)都提出了更高的要求。鍍層和涂漆加強的光的反射，使熔融因難；同時，也增加了熔渣的產(chǎn)生。

     七、激光切割應(yīng)注意的問題

     前面分析了激光切割最主要的幾個技術(shù)參數(shù)，它們決定了切割工藝的主要方面，但并不是只要把握了這就一定能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品，還有幾個問題是特別需 要引起注意的： 

     1、切速的選擇

     激光切割的速度最大可達200—300mm/s，實際加工時往往只有最大速的 1/3 —1/2，因為速度越高，伺服機構(gòu)的動態(tài)精度就越低，直接影響切割質(zhì)量。有實驗表明，切割圓孔時，切速越高，孔徑越小，加工的孔圓度就越差。只有在長邊直線切割時才可以使用最大速切割以提高效率。

     2、切割的引線和尾線 

     在切割操作中，為了使割縫銜接良好，防止始端和終點燒傷，常常在切割開始和結(jié)束處各引一段過渡線，分別稱作引線和尾線。引線和尾線對工件本身是沒有用的, 因此要安排在工件范圍之外，同時注意不能將引線設(shè)置在尖角等不易散熱處。引線與割縫的連接盡量采用圓弧過渡，使機器運動平穩(wěn)并避免轉(zhuǎn)角停頓造成燒傷。

     3、尖角的加工 

     用走圓弧加工出鈍角

     如有可能，避免加工沒有圓弧的角。帶圓弧的角有下列好處：ａ）軸運動的動態(tài)性能好；ｂ）熱影響區(qū)?。籧）產(chǎn)生的毛刺少。對于不帶圓角的邊角，可以設(shè)定的最大半徑是切縫寬度的一半。此時切割出來的邊角是沒有圓角的。

     用圓孔成角法在薄板上切割尖角 

     當在薄板上高速切割時，建議使用圓孔成角法切割尖角，它有下列好處：ａ）切割尖角時，軸向變化均勻；ｂ）切角時，切速恒定；ｃ）防止了軸振動，避免毛刺生成；ｄ）尖角處的熱影響區(qū)小。

     用延時法在厚板上切割尖角 

     切割厚板時，如果還使用圓孔成角法，尖角周圍會過熱，此時應(yīng)采用參數(shù):”Critical angle ,dwell time”來切割尖角，機器運動到尖角處，停頓特定的時間，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)向運動。

     八、激光所用氣體

     激光所用氣體包括激光器工作和保護氣體以及切割輔助氣體。

     激光器工作氣體用于產(chǎn)生激光，保護氣體用于保護光學(xué)器件、驅(qū)動光閘。激光器工作氣體由氦氣、氮氣、二氧化碳氣體按照一定比例混合，這個比例在工廠預(yù)定好，確保最佳性能，不要隨便調(diào)整，比例不當，可能會造成激光系統(tǒng)的失效和高壓電源的損害。激光器所用氣體均為高純度，均在 99.999%以上。

     切割輔助氣體主要是 N2 或 O2，有的材料切割可以使用壓縮空氣作為切割輔助氣體。N2 切割的切割面比較光亮；O2 切割的切割面由于材料被氧化而發(fā)黑。切割輔助氣體的純度越高，切割面的質(zhì)量越好。