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激光切削

内容导读:激光切割是一种应用最广泛的激光加工技术。其工业应用始于20世纪70年代初,最初用在硬木板上切非穿透槽,嵌刀片,制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步,其应用
激光切割是一种应用最广泛的激光加工技术。其工业应用始于20世纪70年代初,最初用在硬木板上切非穿透槽,嵌刀片,制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步,其应用领域逐步扩大到低碳钢、不锈钢等金属和木材、增强塑料、陶瓷、石英、石材等非金属板材的切割,应用规模也不断扩大。
测试区陶瓷块
1.  激光切割机理
激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束辐照工件,在一定的激光功率密度下,激光束的能量大部分被材料吸收,由此引起工件局部温度的急剧上升,达到熔点后材料开始汽化,并形成孔洞,随着激光束与工件的相对运动,最终使得材料形成切口,切口处的熔渣被一定的辅助气流吹走。根据被切材料和切割参数的不同,激光切割主要有以下三种方式:汽化切割、熔化切割、反应熔化切割。
(1)汽化切割  
在汽化切割过程中,切口部分材料以蒸汽或残渣的形式排出,这是切割不熔化材料,如木材、碳和某些塑料的基本形式。
(2)熔化切割  
这是金属板材切割的基本形式。当被切材料受到较低功率密度的激光作用时,主要是发生熔化而不是汽化。
(3)反应熔化切割  
如果不采用惰性气体,而采用氧气或其他反应气体吹气,和被切材料产生放热反应,则在除激光辐照之外,还提供了另一个切割所需的能量。
随着激光束的定向移动,具有高功率密度的激光束能够很快地将局部加热,从而迅速地切断陶瓷材料,并可以切割出任意曲线轮廓的复杂零件。

2 . 激光切割工艺参数
光束特性主要包括功率、模式、偏振性和稳定性;装置和加工参数主要包括传输光路的设计、进给速度、辅助气体系统的设计、辅助气体的种类和压力及与材料相关的特性,包括热物理性能参数、厚度、密度等和基本光学性质。其中激光功率、模式、偏振性、焦点位置、切割速度、辅助气体和材料本身的性质是主要的影响因素,下面就这些参数进行分析。
(1)功率:工业用切割激光器输出功率从几百瓦到上千瓦不等。
(2)模式:激光束剖面能量分布称为模式,用TEM mn。表示。研究指出,激光的模式决定了光束能量在三维空间的分布。光束剖面的形状决定了最终的加工性能,大多数激光的模式是基模或近基模,呈高斯分布或近高斯分布,具有聚焦区域小、功率密度高等特点。
(3)偏振性:与任何形式的电磁波传输一样,激光束具有电和磁的分矢量,它们相互垂直并与光束前进方向成直角。
(4)焦点位置:焦距影响焦斑直径和焦深。短焦距加工时,焦斑直径小,功率密度高,切割速度高,表面粗糙度低,切口窄,但是焦深较短,使得切口不直,上下切口的表面粗糙度相差较大,因此,仅适合薄材料切割。
(5)切割速度:激光切割的生产率和切割速度密切相关。切割速度决定了激光切割所需的时间以及材料可以吸收的能量。
(6)辅助气体:气流辅助激光切割陶瓷,激光束与气流共轴,气流的作用有三个:清除切口处产生的烟雾和燃烧时的碎屑,防止污染光学系统;吹走切口碎屑和燃烧废气,使得激光能量直接作用于工件上,加强了激光切割作用;如用氧气代替空气,通过化学反应可在工件切口起到助燃作用。
 

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