激光熔化切割
在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气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。切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm2~105 W/cm2之间。
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激光切割机的稳定性
如何衡量一台激光切割机的稳定性能是否良好,是众多选购者比较关心的一个问题。现在市面上常见的激光切割机主要由主机、导轨、齿轮齿条或滚珠丝杠、传动机构等部件构成,下面我们就从这几个部件做个简单的分析。
主机由横梁和两个纵向端架组成。机器门架由端架和横梁组成,横梁采用矩型方管结构,回火去内应力,具有很高的强度和刚性,横梁上可安装多个移动体小车。横向移动装置均采用拖链。机械部分实现高精度齿轮齿条传动,导轨采用高精度专用进口导轨精制而成,经精密加工的滑动导轨紧固在带支座的混凝土或钢架基础上,并配有调节螺栓,以便安装和调整。纵向的驱动系统装在纵向端架内,低位置的设计使传动更加合理、平稳。
纵向端架底部有前后两个滚动轮可沿导轨平滑滚动,前后端装有导轨刮屑器以保证导轨表面无杂物,底部两侧装有导向作用的偏心夹紧轮,激光切割机为确保机器的导向精度,本机在横向传动、割炬升降都加设了高强度线性导轨(横传动或采用高精度精磨导轨。而精密加工的齿轮和齿条保证了机器的纵、横向传动精度并消除了间隙。
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激光切割机的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术
对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用:
(1)平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
(2)在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。如图二所示。
(3)控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
(4)飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。