激光切割工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光切割工藝。
【背景技術】
[0002]激光是通過原予受激輻射發光和共振放大形成的。原子具有一些不連續分布的能級，電子在最靠近原予核的軌道上轉動時是穩定的，這時原子所處的能級為基態。當有外界能量傳入，則電子運行軌道半徑擴大，原子內能增加，被激發到能量更高能級，這時稱之為激發態或高能態。被激發到高能級的原子是不穩定的，總是力圖回到低能級去。原子從高能級到低能級的過程稱之為躍迀。當原子躍迀時，其能量差則以光的形式輻射出來，這就是原子發光，是自發輻射的光，又稱熒光。如果在原子躍迀時是受到外來光子的誘發，原子就會發射一個與入射光子的頻率、相位、傳播方向、偏振方向完全相同的光子，這就是受激輻射的光。
[0003]原予被激發到高能級后，會很快躍迀回低能級，它停在高能級的時間稱為原子在該能級的平均壽命。氦、氖、氪原子，釹離子和二氧化碳分子等在外來能量的激發下，使處于高能級的原子數大于低能級的原子數，這種狀態稱為粒子數反轉。這時，在外來光子的刺激下，產生受激輻射發光，這些光子通過諧振腔的作用產生放大，受激輻射越來越強，光速密度不斷增大，形成了激光。
[0004]激光的特性
[0005]激光與其它光相比，具有以下的特點:高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。
[0006](I)高亮度
[0007]激光器的發光截面和立體分散角都很小，麗輸出功率卻很大，其亮度遠遠高于太陽的亮度，經透射鏡聚焦后，能在焦點附近產生幾千度甚至上萬度的高溫，因而能加工幾乎所有的材料。
[0008](2)高方向性
[0009]激光的高方向性主要是由受激發射機理和光學諧振腔對振蕩光束方向的限制作用所決定的。激光的高方向性使得激光能有效地傳遞較長距離，能聚焦到極高的功率密度，這兩點是激光加工的重要條件。
[0010](3)高單色性
[0011]激光器發出的全部光輻射只集中在很小的頻率范圍內，其單色性極高，幾乎完全消除了聚焦透鏡的色散效應，使得光束能精確地聚焦到焦點上，得到很高的功率密度，相應的功率密度可達0.10?103/cm2，比一般的切割熱源高幾個數量級。
[0012]⑷高相干性
[0013]相干性好，在較長日寸間內有恒定的相位差，可以形成穩定的干涉條紋。
[0014]從以上特性可以看出，激光是一種理想的切割熱源。
[0015]從上世紀70年代后期，自從激光切割技術投入到生產應用以來，發展的速度很快，切割技術也變得日趨完善，促使激光切割技術得到更多使用的主要原因是激光切割的獨特優點。激光切割是板材下料過程中的重要加工方式:與傳統的等離子切割、火焰切割相比，激光切割具有切縫窄、熱影響區比較小、切割速度快、切邊比較光滑等特點。歸納起來，激光切割的主要特點如下:
[0016](I)產品質量可靠，切割精度高。
[0017](2)表面粗造度小，切口平行度好，對做沖模有利。
[0018](3)無工件磨損，易于數控或計算機控制，并可多工位操作，如在激光切割過程中，我們只須定位而不需要夾緊，無“刀具”磨損、無“切削力”作用于工件上。
[0019](4)加工靈活性好，既能切割立體工件，又能夠切割平面共建。
[0020](5)使用范圍非常廣泛，可切割不銹鋼、石英、陶瓷、玻璃、碳鋼、塑料、橡膠、復合材料、臺金鋼等。
[0021](6)激光切割的深寬比高，對于金屬切割可以達到20:1左右，并可以切割不穿透的盲槽。
[0022](7)切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min ;能使板材的切割效率提高8?20倍。
[0023](8)清潔、噪聲低、安全、無污染。這些大大改善了工人的工作環境。
[0024]自從20世紀80年代以來，計算機數控技術與激光切割技術結合起來的數控激光加工技術，使激光切割技術增添了很多亮點，顯示出了非常大的優越性。激光切割現已廣泛地應用于造船、機械制造、石油工業、航空航天、汽車、包裝業、軍工等多個領域，為現代制造業注入了新的活力。
[0025]激光加工是激光應用的首要領域。激光加工業興起于70年代，在西方銷售額增長很快，1970年為600萬美元，1980年為7000萬美元，1985年為2.8億美元，當時年增長率為20%?25%，已形成一個新興的產業。
[0026]激光加工是指用高功率激光束對工業用零部件進行切割、熱處理、焊接、打孔等等，與傳統加工方法相比，激光加工的特點是:激光束能量高度集中，加工區域小，因而熱變形小，加工質量高、精度高，加工件不受尺寸、形狀限制，不需冷卻介質，而且無污染，噪聲小，勞動強度低，效率高。激光加工技術的產業化正在我國興起。
[0027]激光加工技術的應用及發展
[0028]40多年來，激光加工技術與應用發展迅猛，已與多個學科相結合形成多個應用技術領域，主要加工技術包括:激光切割、激光焊接、激光打標、激光打孔、激光熱處理、激光快速成型、激光涂敷等。激光加工技術是激光技術在工業中的主要應用，其加速了對傳統加工工業的改造，提供了現代工業加工技術的新手段，對工業發展影響很大。特別是激光切割已成為當前工業加工領域應用最多的激光加工方法，可占整個激光加工業的70%以上。
[0029]數控激光切割機是近十年來發展最快的鈑金加工設備。世界上許多知名企業都把激光切割作為主要加工手段，更進一步促進了激光切割機的發展。2003年4月在北京舉辦的第八屆中國國際機床博覽會表明，國外先進設備制造商在數控激光切割機上都下了很大功夫，日本的AMADA、MURATA、NTC德國的TRUMPF、瑞士的BYSTR0NIC、意大利的PRIMA等都在展會上展出了各自的數控激光切割機，這些設備都不同程度的體現了各自廠商的特點和優越的機床性能，并且具有以下共同特點:一是都采用了先進的飛行光路技術并帶有交換式雙工作臺，二是都配置了 CO2大功率激光器，使板材切割厚度增加，切割速度大大提高。
[0030]激光切割當前存在的問題
[0031]激光切割機自動化程度高，切割質量好，切割效率高，但由于它集機、電、液、氣以及計算機等多方面知識于一身，所以普遍存在機床壽命短、切割質量波動大、切割參數難控制、對操作者要求過高等缺點。國內外研究資料表明，影響激光切割機切割質量和切割效率的因素很多，包括激光輸出功率、切割氣體壓力、切割速度、焦點位置、切入點位置、材料厚度及材質甚至周圍環境等等，如何選擇相關工藝參數，合理使用激光切割機，提高切割質量切割及效率，是目前眾多生產廠家及用戶急待解決的實際問題。在這方面，多數廠家通過長期使用積累了一定的經驗值，并用其指導生產，但由于機床型號各異，參數選擇各不相同，且各因素之間關系復雜，使得經驗值難免帶有一定的局限性，因此在實際加工中，經常出現切割質量不穩定而無法達到技術要求，抑制了激光切割機的發展。廣大用戶迫切希望獲得各主要加工參數選擇的理論依據。

【發明內容】

[0032]本發明的目的在于提出一種激光切割工藝。
[0033]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0034]—種激光切割工藝，通過控制激光的功率、脈沖頻率和壓力等參數，實現對不同厚度和硬度的金屬材料的切割，包括:定焦一一調整噴嘴與工件距離一一調整激光器功率、頻率和脈寬輔助氣氣或氧氣工件以一定的速度和軌跡運動切割完成。定焦為工件表面以下0.3mm，噴嘴與工件的距離為Imm — 3mm，激光器的功率為100W——3000W，脈沖頻率為 IkHz--20kHz，工件移動速度為 50mm/mi η--2000mm/min。
【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]—種激光切割工藝，通過控制激光的功率、脈沖頻率和壓力等參數，實現對不同厚度和硬度的金屬材料的切割，包括:定焦一一調整噴嘴與工件距離一一調整激光器功率、頻率和脈寬一一輔助氮氣或氧氣一一工件以一定的速度和軌跡運動一一切割完成。切割鍍鋅鋼板時，定焦為工件表面以下0.3_，噴嘴與工件的距離為2_，激光器的功率為1500W，脈沖頻率為15kHz，工件移動速度為1500mm/min。
[0037]實施例2
[0038]—種激光切割工藝，通過控制激光的功率、脈沖頻率和壓力等參數，實現對不同厚度和硬度的金屬材料的切割，包括:定焦一一調整噴嘴與工件距離一一調整激光器功率、頻率和脈寬一一輔助氮氣或氧氣一一工件以一定的速度和軌跡運動一一切割完成。切割碳化硼陶瓷時，定焦為工件表面以下0.3mm，噴嘴與工件的距離為1mm，激光器的功率為500W，脈沖頻率為1kHz，工件移動速度為50mm/min，采用相同的運動軌跡連續切割三次。
【主權項】
1.一種激光切割工藝，其特征在于通過控制激光的功率、脈沖頻率和壓力等參數，實現對不同厚度和硬度的金屬材料的切割，包括:定焦一一調整噴嘴與工件距離一一調整激光器功率、頻率和脈寬一一輔助氮氣或氧氣一一工件以一定的速度和軌跡運動一一切割完成。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的定焦為工件表面以下0.3mm。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的噴嘴與工件的距離為Imm— 3_。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光器的功率為10W——3000W，脈沖頻率為IkHz--20kHz。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工件移動速度為50mm/min--2000mm/mino
【專利摘要】本發明公開了一種激光切割工藝，通過控制激光的功率、脈沖頻率和壓力等參數，實現對不同厚度和硬度的金屬材料的切割，包括：定焦；調整噴嘴與工件距離；調整激光器功率、頻率和脈寬；輔助氮氣或氧氣；工件以一定的速度和軌跡運動；切割完成。定焦為工件表面以下0.3mm，噴嘴與工件的距離為1mm-3mm，激光器的功率為100W-3000W，脈沖頻率為1kHz-20kHz，工件移動速度為50mm/min-2000mm/min。該發明能夠適應不同硬度和不同材料的要求，切割速度快，熱影響區小，加工質量高。
【IPC分類】B23K26/38
【公開號】CN105149796
【申請號】CN201510676417
【發明人】唐靖嵐
【申請人】無錫清楊機械制造有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月19日