激光切割工藝在鈑金零件中的應(yīng)用

激光切割工藝在鈑金零件中的應(yīng)用

激光切割使用聚焦顯微鏡將激光束集中在材料表面，使材料硬化。同時，將節(jié)光束與材料摩擦的分離氣體分離，使熱束和材料沿一定軌跡相對運動，形成一定形狀的切縫。激光切割技術(shù)發(fā)展迅速,應(yīng)用日益廣泛,是一種先進(jìn)加工方法,尤其適合切割鋼板,游刃有余。激光切割技術(shù)比其他方法的明顯優(yōu)點是:1)切割質(zhì)量好。切口寬度窄(一般為0.1～0.5mm)、精度高(一般孔中心距誤差0.1～0.4mm,輪廓尺寸誤差0.1～0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般R2)切割速度快。例如采用2kW激光功率,切割8mm厚的碳素鋼速度為1.6m/min;切割2mm厚的不銹鋼速度為3.5m/min,熱影響區(qū)小,變形極小。3)清潔、安全、無污染。4)從技術(shù)經(jīng)濟角度不宜制造模具的金屬鈑金件,特別是輪廓形狀復(fù)雜,批量不大,一般厚度<12mm的低碳素鋼、<6mm厚的不銹鋼,以節(jié)省制造模具的成本與周期。本公司鋼板類零件的加工任務(wù)較多,為獲得更好的效益和質(zhì)量,采用先進(jìn)制造技術(shù),引進(jìn)德國知名企業(yè)的L3030大功率CO1板厚板和脈沖鉆孔任何一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。原來在激光沖壓復(fù)合機上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法。(1)爆破穿孔(Blastdrilling)。材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關(guān),爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在加工精度要求較高的零件上使用,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同,飛濺較大。(2)脈沖穿孔(Pulsedrilling)。采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率;更重要的是光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)加以重視。從理論上講通?？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件:如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現(xiàn)實,具體方法有以下三種:改變脈沖寬度;改變脈沖頻率;同時改變脈沖寬度和頻率。實際結(jié)果表明,第三種效果最好。2脈沖鉆孔普通穿刺方式這是因為機床(只針對大功率激光切割機)在加工小孔時不是采取爆破穿孔的方式,而是用脈沖穿孔(軟穿刺)的方式,這使得激光能量在一個很小的區(qū)域過于集中,將非加工區(qū)域也燒焦,造成孔的變形,影響加工質(zhì)量。我們只需在加工程序中將脈沖穿孔(軟穿刺)方式改為爆破穿孔(普通穿刺)方式就可以解決此問題。而對于較小功率的激光切割機則恰好相反,在小孔加工時應(yīng)采取脈沖穿孔的方式才能取得較好的表面粗糙度。3激光發(fā)生器的檢驗根據(jù)CO1)激光焦點的上下位置不正確,需要做焦點位置測試,根據(jù)焦點的偏移量進(jìn)行調(diào)整。2)激光的輸出功率不夠,需要檢查激光發(fā)生器的工作是否正常,如果正常,則觀察激光控制按鈕的輸出數(shù)值是否正確,加以調(diào)整。3)切割的線速度太慢,需要在操作控制時加大線速度。4)切割氣體的純度不夠,需要提供高質(zhì)量的切割工作氣體。5)激光焦點偏移,需要做焦點位置測試,根據(jù)焦點的偏移量進(jìn)行調(diào)整。6)機床運行時間過長出現(xiàn)的不穩(wěn)定性,此時需要關(guān)機重新起動。4其他一般技術(shù)問題的分析4.1對象板的切割速度以上情況的出現(xiàn),在解決時首先考慮切割低碳素鋼時出現(xiàn)毛刺的因素,但不可簡單地加快切割速度,因為增加速度有時會出現(xiàn)板材切割不能穿透的情況,此種情況在加工敷鋁鋅板時尤為突出。這時應(yīng)綜合考慮機床的其他因素加以解決,如噴嘴是否要更換,導(dǎo)軌運動不穩(wěn)定等。4.2不銹鋼的切割分析后可以發(fā)現(xiàn)下面的幾種情況是產(chǎn)生加工不穩(wěn)定的主要情況。1)激光頭噴嘴的選擇與加工板厚不匹配。1.4mmNOZZEL對應(yīng)加工1～3mm以下的不銹鋼。2)激光切割線速度過快,需要操作控制減小線速度。3)另外,還需要特別注意的是,在L3030激光切割機切割5mm以上碳素鋼板時需要更換7.5in焦距的激光鏡片。4.3激光頭噴嘴神事類這種情況會影響零件的切割斷面粗糙度加工質(zhì)量。此時在其他參數(shù)都正常的情況下,應(yīng)考慮以下情況。1)激光頭噴嘴NOZZEL的損耗,應(yīng)及時更換噴嘴。在無新噴嘴更換的情況下,應(yīng)加大切割工作氣體壓力。2)噴嘴與激光頭連接處螺紋松動。此時應(yīng)立即暫停切割,檢查激光頭連接狀態(tài),重新上好螺紋。4.4量方向90旋轉(zhuǎn)激光切割加工時激光束的工作原理是:在加工過程中,材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的工作氣流很快將熔融材料去除形成一孔。此孔類似于線切割的穿線孔,激光束以此孔為加工起始點進(jìn)行輪廓切割,通常情況下飛行光路激光束的走線方向和被加工零件切割輪廓的切線方向垂直。因此,激光束在開始穿透鋼板時到進(jìn)入零件輪廓切割的這一段時間,其切割速度在矢量方向上將有一個很大的改變,即矢量方向的90°旋轉(zhuǎn),由垂直于切割輪廓的切線方向轉(zhuǎn)為與切割輪廓的切線重合,即與輪廓切線的夾角為0°。這樣就會在被加工材料的切割斷面上留下比較粗糙的切割面,這主要是在短時間內(nèi),激光束在移動中的矢量方向變化很快所致。因此我們在用激光切割加工零件時就要注意這方面的情況。一般,在設(shè)計零件對表面切割斷口沒有粗糙度要求時,我們可以在激光切割編程時不做手動處理,讓控制軟件自動產(chǎn)生穿刺點;但是,當(dāng)我們的設(shè)計對所要加工的零件切割斷面有較高粗糙度要求時,我們就要注意到這個問題,通常我們需要在編寫激光切割程序時對激光束的起始位置做手動調(diào)整,即人工對于穿刺點進(jìn)行控制。我們需要把激光程序原來產(chǎn)生的穿刺點移到我們需要的合理位置,以達(dá)到我們對加工零件表面精度的要求。如圖1所示,如果此零件對圓弧有精度要求,我們在編制激光切割程序時,切割起始點(穿刺點)就要設(shè)置在A和C點,而不能設(shè)置在B和D。而如果此零件只對直線邊的精度有要求,那我們在編制激光切割程序時,切割起始點(穿刺點)就要設(shè)置在B和D,而不能設(shè)置在A和C了。同樣的,如圖2,如果此零件外形設(shè)計對圓弧有精度要求,我們在編制激光切割程序時,切割啟始點(穿刺點)就只能設(shè)置在D,而如果此零件只對直線邊的精度有要求,那我們在編制激光切割程序時,切割啟始點(穿刺點)就可以選擇除了D點以外的任何點了。5正確匹配、執(zhí)行,發(fā)揮生產(chǎn)力的發(fā)揮激光切割鈑金件是一項先進(jìn)的制造加工技術(shù),不僅可以大大降低研發(fā)周期,