激光切割機(jī)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)范本

.PAGE.XX楚天工業(yè)激光設(shè)備有限公司激光切割方法1.1 激光熔化切割 在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下,所以該過(guò)程被稱(chēng)作激光熔化切割。 激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫,而氣體本身不參于切割。——激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。——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?！す馊刍懈顚?duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無(wú)氧化切口?！a(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度,對(duì)于鋼材料來(lái)說(shuō),在104W/cm2～105W/cm2之間。1.2 激光火焰切割 激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用,產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料進(jìn)一步加熱。由于此效應(yīng),對(duì)于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼,采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。 另一方面,該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實(shí)際上它會(huì)生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量?！す饣鹧媲懈钤诩庸ぞ苣Ｐ秃图饨菚r(shí)是不好的〔有燒掉尖角的危險(xiǎn)?？梢允褂妹}沖模式的激光來(lái)限制熱影響?！玫募す夤β蕸Q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。1.3 激光氣化切割 在激光氣化切割過(guò)程中,材料在割縫處發(fā)生氣化,此情況下需要非常高的激光功率。 為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上,材料的厚度一定不要大大超過(guò)激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。 該加工不能用于,象木材和某些陶瓷等,那些沒(méi)有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外,這些材料通常要達(dá)到更厚的切口?！诩す鈿饣懈钪?最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量?！す夤β屎蜌饣療釋?duì)最優(yōu)焦點(diǎn)位置是有一定的影響?！诎宀暮穸纫欢ǖ那闆r下,最大切割速度反比于材料的氣化溫度?！璧募す夤β拭芏纫笥?08W/cm2,并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置?！诎宀暮穸纫欢ǖ那闆r下,假設(shè)有足夠的激光功率,最大切割速度受到氣體射流速度的限制。第二章加工過(guò)程 "加工過(guò)程"指激光光束、加工氣體和工件之間的相互作用。2.1 切割過(guò)程 該過(guò)程發(fā)生的區(qū)域是切割之前。作用在該切割之前的激光必須加熱工件到把材料熔化和氣化所需的溫度。 切割平面由一個(gè)幾乎垂直的平面組成,該平面被吸收的激光輻射加熱并熔化。——在激光火焰切割中,該熔化區(qū)被進(jìn)入割縫的氧氣流進(jìn)一步加熱,達(dá)到接近沸點(diǎn)的溫度。產(chǎn)生的氣化把材料移走。同時(shí),借助于加工氣體,液化材料從工件下部排出?！诩す馊刍懈钪?液化材料隨氣體排出,該氣體也保護(hù)割縫以防氧化。連續(xù)的熔化區(qū)沿著切割方向逐漸滑移。因而得到一條連續(xù)割縫。 激光切割過(guò)程的許多重要活動(dòng)發(fā)生在該區(qū)域。對(duì)這些活動(dòng)的分析可以得到激光切割的重要信息。 這樣,就可以計(jì)算切割速度并解釋牽引線(xiàn)特性的形成。2.2 材料特性 在工件上進(jìn)行切割活動(dòng)的結(jié)果可能是整潔的切口,或者相反,邊緣粗糙或過(guò)燒。 影響切割質(zhì)量最重要的因數(shù)是：——合金成份——材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)——表面質(zhì)量——表面粗糙度——表面處理——光束反射——熱傳導(dǎo)率——熔點(diǎn)——熱熔解——?dú)饣瘻囟群辖鸪煞?合金成份在一定程度上影響著材料的強(qiáng)度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。鐵合金材料中的一些重要元素有：碳、鉻、鎳、鎂和鋅。 碳含量越高,材料越難切〔臨界值認(rèn)為是含碳0.8％。以下型號(hào)碳鋼用激光切割效果是很好的： St37-2,StW22,DIN1.203。材料的基本微觀(guān)結(jié)構(gòu) 一般來(lái)說(shuō),組成材料的顆粒越細(xì),切割邊緣的質(zhì)量越好。表面質(zhì)量和粗糙度 如果表面有生銹區(qū)域或氧化層,那么切割的輪廓將不規(guī)則并出現(xiàn)許多破損點(diǎn)。 如果要切割波紋板,就選擇最大厚度切割參數(shù)。表面處理 最常用的表面處理有鍍鋅、聚焦鍍鋅、涂漆、陽(yáng)極電鍍或覆蓋分層塑料膠片。——用鋅處理過(guò)的板材易于在邊緣出現(xiàn)掛渣?！獙?duì)于涂漆的板材,切割質(zhì)量依賴(lài)于所涂產(chǎn)品成份的組成。 如何進(jìn)行涂漆材料的加工： 第一趟選擇一組功率小〔雕刻的用于對(duì)處理表面作預(yù)燒打標(biāo)的參數(shù)。 第二趟選擇一組用于材料切割的參數(shù)。 有分層材料涂層的板材非常適合激光切割。為了使電容式探測(cè)無(wú)故障工作,讓分層涂層得到最優(yōu)粘合,〔避免產(chǎn)生浮泡,分層邊必須總是在切割工件的上部。光束反射 光束在工件表面如何反射取決于基本材料、表面粗糙度和處理。一些鋁合金、銅、黃銅和不銹鋼板材具有高反射率的特點(diǎn)。 切割這些材料時(shí),要特別注意調(diào)節(jié)好焦點(diǎn)位置。熱傳導(dǎo)率 焊接時(shí),低熱傳導(dǎo)率的材料,和高熱傳導(dǎo)率的材料相比,需要更小的功率。 比如,對(duì)于鉻鎳合金鋼,所需的功率要小于結(jié)構(gòu)鋼的,對(duì)加工產(chǎn)生的熱的吸收也更少。 另一方面,比如銅、鋁和黃銅這些材料散失掉一大部分通過(guò)吸收激光產(chǎn)生的熱。因?yàn)闊釓墓馐繕?biāo)點(diǎn)處傳導(dǎo)開(kāi)了,所以熱影響區(qū)的材料更難熔化了。熱影響區(qū) 激光火焰切割和激光熔化切割會(huì)導(dǎo)致切割材料邊緣區(qū)域發(fā)生材料變異。 關(guān)于熱影響區(qū)域的范圍與基本材料和材料厚度的之間關(guān)系,下表列出了一些參考數(shù)值。材料厚度[mm]熱影響區(qū)域[mm]St37碳鋼鋁10.050.050.1020.100.100.2030.150.150.3040.200.350.4050.250.340.5060.300.550.6080.400.750.70100.500.85120.60——當(dāng)加工低碳鋼或無(wú)氧鋼時(shí),熱影響區(qū)的淬火減少了?！獙?duì)于高碳鋼〔比如Ck60,會(huì)出現(xiàn)邊緣區(qū)域變硬的現(xiàn)象?！獙?duì)于硬軋鋁合金,熱影響區(qū)甚至?xí)绕溆嗖糠稚晕④浺恍?.3 不同材料的可加工性結(jié)構(gòu)鋼 該材料用氧氣切割時(shí)會(huì)得到較好的結(jié)果。使用CW模式激光。當(dāng)加工非常小的曲線(xiàn)控制系統(tǒng)改變進(jìn)給速率時(shí),它通過(guò)調(diào)節(jié)使激光功率和軸進(jìn)給速率相適應(yīng)。 當(dāng)用氧氣作為加工氣體時(shí),切割邊緣會(huì)輕微氧化。對(duì)于厚度達(dá)4mm的板材,可以用氮?dú)庾鳛榧庸怏w進(jìn)行高壓切割。這種情況下,切割邊緣不會(huì)被氧化。 復(fù)雜輪廓和小孔〔直徑小于材料厚度應(yīng)該用脈沖模式切割。這樣可以避免切掉尖角?！己吭礁?切割邊緣越易淬火,拐角越易過(guò)燒。——合金含量高的板材比低的更難切割?！趸驀娚疤幚磉^(guò)的表面會(huì)得到更差的切割質(zhì)量。——板材表面的余熱對(duì)切割結(jié)果有負(fù)面影響?！穸仍?0mm以上的板材,對(duì)激光器使用特殊極板并且在加工中給工件表面涂油可以得到較好的效果。油膜減少熔渣粘到表面并極大地幫助切割。油膜不影響切割活動(dòng)的效果。——為了消除張力,只切割經(jīng)二次處理過(guò)的鋼板。沸騰條件下熔化鋼鐵中的不純成份實(shí)際上對(duì)切割結(jié)果有很大影響?！獮榱饲懈畋砻鏉崈舻慕Y(jié)構(gòu)鋼,須遵循以下提示：·Si≤0.04％：首選,激光加工很好·Si<0.25％：某些情況下會(huì)得到稍微差點(diǎn)的切口·Si>0.25％：不適合激光切割,可能會(huì)得到更差的或不一致的結(jié)果。 注意：對(duì)于達(dá)到St52的鋼鐵,按照DIN標(biāo)準(zhǔn)的容許量為Si≤0.55％。該指標(biāo)對(duì)于激光加工來(lái)說(shuō)太不精確了。不銹鋼 切割不銹鋼需要：——使用氧氣,在邊緣氧化不要緊的情況下。——使用氮?dú)庖缘玫綗o(wú)氧化無(wú)毛刺的邊緣,就不需要再作處理了?！每赡艿玫降母呒す夤β?同時(shí)采用高壓氮?dú)?比用氧氣可能會(huì)得到相當(dāng)?shù)幕蚋叩那懈钏俣??！獮榱擞玫獨(dú)馇?mm以上的不銹鋼,并且無(wú)毛刺,調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置是必要的。重新設(shè)焦點(diǎn)位置并降低速度,就可能得到潔凈的切口,當(dāng)然無(wú)法避免小毛刺。 ——在板材表面涂層油膜會(huì)得到更好的穿孔效果,而不降低加工質(zhì)量。 對(duì)于不銹鋼,請(qǐng)選擇：——氧氣切割：對(duì)于5mm以上的厚板材,降低進(jìn)給速度,激光采用脈沖模式?！獙?duì)于穿孔和切割采用同樣的噴嘴高度。鋁 鋁及其合金更適宜用連續(xù)模式切割。盡管有高反射率和熱傳導(dǎo)性,厚度6mm以下的鋁材可以切割,這取決于合金類(lèi)型和激光器能力。 鋁可以用氧切割或高壓氮切割： 當(dāng)用氧切割時(shí),切割表面粗糙而堅(jiān)硬。只產(chǎn)生一點(diǎn)火焰,但卻難以消除?！玫?dú)鈺r(shí),切割表面平滑。當(dāng)加工3mm以下的板材時(shí),通過(guò)最優(yōu)調(diào)整后可以得到事實(shí)上無(wú)毛刺的切口。對(duì)于更厚的板材,會(huì)產(chǎn)生難以去除的毛刺?！冧X因?yàn)槠涓呒兎浅ｋy切割。——合金含量越高,材料越易切割。 建議：只有在系統(tǒng)上安裝有"反射吸收"裝置的時(shí)候才能切割鋁材。否則反射會(huì)毀壞光學(xué)組件。鈦 鈦板材用氬氣和氮?dú)庾鳛榧庸怏w來(lái)切割。其它參數(shù)可以參考鎳鉻鋼。銅和黃銅——兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導(dǎo)性。——厚度1mm以下的黃銅可以用氮?dú)馇懈??！穸?mm以下的銅可以切割,加工氣體必須用氧氣。建議：只有在系統(tǒng)上安裝有"反射吸收"裝置的時(shí)候才能切割銅和黃銅。否則反射會(huì)毀壞光學(xué)組件。合成材料 危險(xiǎn)：切割合成材料時(shí)要牢記切割的危險(xiǎn)和可能排放的危險(xiǎn)物質(zhì)。 可加工的合成材料有：熱塑性塑料、熱硬化材料和人造橡膠。用激光切割機(jī)來(lái)加工PVC或聚乙烯是不行的,因?yàn)獒尫诺臍怏w是有毒的。對(duì)于這兩種材料,最好使用水壓切割。 丙烯酸玻璃可以用激光切割。氮?dú)庥米骷庸怏w,氣壓必須低于0.5bar。這樣可以得到平滑的切割表面。有機(jī)物 危險(xiǎn)：在所有有機(jī)物切割中都存在著著火的危險(xiǎn)〔用氮?dú)庾鳛榧庸怏w,也可以用壓縮空氣作為加工氣體。 木材、皮革、紙板和紙可以用激光切割。切割邊緣會(huì)燒焦〔褐色。進(jìn)給速度越高,碳化越少。當(dāng)加工膠合板時(shí),不可能保證會(huì)有潔凈的切口,因?yàn)槊繉幽z根據(jù)其類(lèi)型和種類(lèi)而成份不同。其它材料 有關(guān)您感興趣的其它材料的信息可以從我公司的用戶(hù)工程服務(wù)部門(mén)得到。材料的可切割厚度 〔生產(chǎn)值mm最大可以切割的厚度只在最優(yōu)的機(jī)床和參數(shù)調(diào)整的情況下才有可能〔最大值mm2.4 激光脈沖模式模式表示符號(hào)應(yīng)用例子連續(xù)模式CW－低壓切割－普通切割－高壓切割→結(jié)構(gòu)鋼用O2→鋁用N2→不銹鋼用N2恒定功率切可得到相對(duì)精密的切割。門(mén)脈沖GP－穿孔－細(xì)小輪廓→以結(jié)構(gòu)鋼為例：－輪廓上的小孔－小孔直徑為材料厚度的一半－細(xì)輪廓超脈沖SP－穿孔－高反射率的材料→銅用N2→不銹鋼用O2→耐熱的碳鋼用O2增加激光功率用100％CW＋超脈沖〔Inox＋鋁合金用N2。超強(qiáng)脈沖HP－穿孔穿孔時(shí),效果和增加頻率得到的相對(duì)：→厚板的快速穿孔,有少量碎屑→鋅鋼用O22.5氣體參數(shù) 氣體參數(shù)包括：——?dú)怏w類(lèi)型——?dú)鈮骸獓娮熘睆胶蛶缀谓Y(jié)構(gòu) 氣壓和噴嘴幾何結(jié)構(gòu)決定了邊緣粗糙度和毛刺的生成。 加工氣體消耗取決于噴嘴直徑和氣壓。 關(guān)于加工氣體的更多信息在"維修保養(yǎng)手冊(cè)——?dú)怏w控制"章節(jié)里?！懈顨鈮涸?bar以下為低壓,達(dá)20bar為高壓?！Ｓ玫那懈顕娮鞛殄F體狀的圓形口?！３謬娮旌凸ぜ砻嬷g的間距盡可能的小是必要的。距離越小,有效沖擊割縫壁的氣體質(zhì)量就越高。經(jīng)常使用0.5到1.5之間的間距。第三章激光加工3.1 穿孔 穿孔的參數(shù)值不同于切割的參數(shù)值。連續(xù)模式穿孔 優(yōu)點(diǎn)：快速穿孔。 缺點(diǎn)：產(chǎn)生穿孔坑。脈沖模式穿孔 優(yōu)點(diǎn)：小的穿孔洞。 缺點(diǎn)：耗時(shí) 注意：板材厚度〔mm大約對(duì)應(yīng)于穿孔時(shí)間〔s。 如果板材切掉的部分和剩余部分都要,就直接在輪廓上使用脈沖穿孔功能。3.2 碳鋼的起切和結(jié)束切 穿孔通常用CW模式。該類(lèi)型穿孔更快,但它產(chǎn)生一個(gè)比用脈沖穿孔更大的孔。由于此原因,起切穿孔的位置通常選在輪廓外邊。穿孔和實(shí)際輪廓之間的切割長(zhǎng)度稱(chēng)作起切部分。 激光光束焦點(diǎn)在起切部分末端和輪廓之間的可能變化,通過(guò)工件上切口邊緣的不平,是可以辨別出來(lái)的。用戶(hù)必須盡可能地把起切部分設(shè)在幾何單元一側(cè)的理想伸展線(xiàn)上。 在小表面內(nèi)輪廓情況下,讓穿孔過(guò)程中產(chǎn)生的熱在開(kāi)始切割之前散發(fā)掉非常重要。避免把穿孔設(shè)在狹窄的區(qū)域,而設(shè)成相對(duì)輪廓成大角度。這有利于熱散發(fā)。 起切長(zhǎng)度取決于板材厚度和孔的直徑3.4 拐角的加工有半徑的鈍角的加工 在可能的地方,避免無(wú)半徑的拐角。有半徑拐角與無(wú)半徑的相比有以下優(yōu)點(diǎn)：——軸移動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能更好——熱影響區(qū)減少——毛刺的產(chǎn)生更少 最優(yōu)倒圓半徑： R最優(yōu)＝板材厚度〔mm除以10,但不小于1mm 當(dāng)內(nèi)板材上要求無(wú)半徑拐角時(shí),最大半徑： R邊緣＝切口寬度的一半 有了這種光束,仍然可以產(chǎn)生無(wú)半徑的拐角,而現(xiàn)在,軸動(dòng)態(tài)地移動(dòng)：薄板上的尖角采用孔眼在薄板上高速切割時(shí),建議使用孔眼技術(shù)。這種解決方法有以下優(yōu)點(diǎn)：——軸以固定的方向變化經(jīng)過(guò)尖角?！ぜ旧硪院闼偾懈?。——減少了拐角處的熱影響。第四章工藝試驗(yàn)4.1 脈沖模式切割對(duì)某些模型使用脈沖模式激光切割?！?到6mm厚的板材——切割速率大約比CW模式低60％——1到6mm厚的板材更適合脈沖切割——另一方面,8到12mm的板材用脈沖模式更難加工——不要用脈沖模式切割內(nèi)部工件4.2 無(wú)氧化切割不銹鋼對(duì)于孔和其它剪切塊,推薦把從起切到加工輪廓的過(guò)渡塊設(shè)為適當(dāng)?shù)膱A弧。4.3 無(wú)氧化切割木材和鋁 孔的起切 起切的長(zhǎng)度取決于板材厚度和孔的直徑。4.4 柵格 柵條可以由不同的金屬造成。銅柵條壽命最長(zhǎng),因?yàn)樗鼘?duì)熱應(yīng)力抵抗力最強(qiáng)。熔渣很容易去掉。銅的高反射率對(duì)于切割薄板和小孔〔孔不精確或無(wú)氧化切割〔產(chǎn)生等離子體,干擾光束有負(fù)面影響。碳鋼和V2A是對(duì)切割過(guò)程干擾最小的材料。 碳鋼和V2A柵條可以由客戶(hù)自己切割。切割的設(shè)計(jì)在PC機(jī)的硬盤(pán)上。柵條的壽命取決于加工過(guò)程中所用的激光功率。 碳鋼的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì) V2A的優(yōu)點(diǎn)：由于此材料的類(lèi)型,濺射的材料不會(huì)氧化到柵格上。 建議：用O2切割柵條。4.5 評(píng)估切口結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因解決辦法無(wú)毛刺,牽引線(xiàn)一致功率合適進(jìn)給速率合適底部的牽引線(xiàn)有很大的偏移,底部的切口更寬進(jìn)給速率太高激光功率太低氣壓太低焦點(diǎn)太高減小進(jìn)給速率增加激光功率加大氣壓降低焦點(diǎn)底面上的毛刺類(lèi)似熔渣,成點(diǎn)滴狀并容易除去進(jìn)給速率太高氣壓太低焦點(diǎn)太高減小進(jìn)給速率加大氣壓降低焦點(diǎn)連在一起的金屬毛刺可以作為一整塊被除去焦點(diǎn)太高降低焦點(diǎn)底面上的金屬毛刺很難除去進(jìn)給速率太高氣壓太低氣體不純焦點(diǎn)太高減小進(jìn)給速率加大氣壓使用更純的氣體降低焦點(diǎn)只在一邊上有毛刺噴嘴對(duì)中不正確噴嘴口有缺陷對(duì)中噴嘴換噴嘴結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因排除材料從上面排出功率太低進(jìn)給速率太高增加功率減小進(jìn)給速率傾斜面切割兩面好,兩面差極化反射鏡不合適,安裝不正確或有缺陷極化反射鏡安裝在了偏轉(zhuǎn)鏡的位置檢查極化反射鏡檢查偏轉(zhuǎn)鏡藍(lán)色等離子體,工件未切透加工氣體錯(cuò)誤〔N2進(jìn)給速率太高功率太低使用氧氣作為加工氣體減小進(jìn)給速率增加功率切割表面不精密氣壓太高噴嘴損壞了噴嘴直徑太大材料不好減小氣壓更換噴嘴安裝合適的噴嘴使用表面平滑均勻的材料無(wú)毛刺,牽引線(xiàn)傾斜切口在底部變得更狹窄進(jìn)給速率太高減小進(jìn)給速率結(jié)構(gòu)鋼：用O2切割缺陷可能原因排除產(chǎn)生彈坑氣壓太高進(jìn)給速率太低焦點(diǎn)太高板材表面有銹加工的工件過(guò)熱材料不純減小氣壓增加進(jìn)給速率降低焦點(diǎn)使用質(zhì)量更好的材料非常粗糙的切割表面焦點(diǎn)太高氣壓太高進(jìn)給速率太低材料太熱降低焦點(diǎn)減小氣壓增加進(jìn)給速率冷卻材料不銹鋼：用N2高壓切割缺陷可能原因解決辦法產(chǎn)生點(diǎn)滴狀的細(xì)小規(guī)則毛刺焦點(diǎn)太低進(jìn)給速率太高抬高焦點(diǎn)減小進(jìn)給速率兩邊都產(chǎn)生長(zhǎng)的不規(guī)則的細(xì)絲狀毛刺,大板材的表面變色進(jìn)給速率太低焦點(diǎn)太高氣壓太低材料太熱增加進(jìn)給速率降低焦點(diǎn)加大氣壓冷卻材料只在切割邊緣的一邊產(chǎn)生長(zhǎng)的不規(guī)則的毛刺噴嘴未對(duì)中焦點(diǎn)太高氣壓太低速度太低對(duì)中噴嘴降低焦點(diǎn)加大氣壓提高速度切割邊緣發(fā)黃氮?dú)饫锖醒鯕怆s質(zhì)使用質(zhì)量好的氮?dú)庠谥本€(xiàn)截面上產(chǎn)生等離子體進(jìn)給速率太高功率太低焦點(diǎn)太低減小進(jìn)給速率增加功率抬高焦