激光:激光加工是一種能束加工方法,具有亮度高、方向性好和單色性好的相干光,因此在理論上可聚焦到尺寸與光的波長相近的小斑點上。焦點處的功率密度可達107~1011W/cm2,溫度可高達萬度以上。激光加工就是利用材料在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化,并產牛很強的沖擊波,使被熔化的物質爆炸式地噴濺來實現材料的去除。
激光原理起自1917年愛因斯坦發表的光的受激發射理論,50年代初的量子放大器實現了通過受激發射放大微波的作用,60年代美國休斯研究所的梅曼應用了紅宇石激光首次實現了振蕩,取得了光放大的激光,為70年代發展激光加工奠定了基礎。
產生激光束的器件稱為激光器,它的種類很多,按其工作物質的不同可分為問體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導體激光器和化學激光器等5種。激光束的輸出方式有脈沖、連續和巨脈沖等3種。
激光加工具有以下特點:
1)幾乎對所有金屬材料和非金屬材料如鋼材、耐熱合金、高熔點材料、陶瓷、寶石、玻璃、硬質合金和復合材料等都可加工。
2)加工效率高,可實現高速切割和打孔,也易于實現加工自動化和柔性加工。
3)加工作用時間短,除加工部位外,幾乎有受熱影響和不產生熱變形。
4)非接觸加上,工件不受機械切削力,無彈性變形,能加工易變形薄板和橡膠等工件。
5)由于激光束易實現空間控制和時間控制,能進行微細的精密圖形加工。
6)不存在工具磨損和交換問題。
7)在大氣中無能量損失,故加工系統的外圍設備簡單,不像電子束加工需要真空室。
8)可以通過空氣、惰性氣體或光學透明介質,故可對隔離室或真空室內工件進行加工。
9)加工時不產生振動和機械噪聲。
激光加工主要應用于打孔和切割,此外還有激光劃線。圖形刻劃、修邊、動平衡校正、熱處理、激光焊接和打標志等多種用途。
激光切割的特點和切割參數fficeffice" />
1. 切割縫細:激光切割的割縫一般在0.10~ffice:smarttags" />
2. 切割面光滑:激光切割的切割面無毛刺,表面粗糙度一般控制在Ra:12.5以上。
3. 速度快:激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。
4. 熱變形小:激光加工的激光割縫細、速度快、能量集中,因此傳到被切割材料上的熱量小,引起材料的變形也非常小。
5. 激光切割不會與材料表面相接觸,保證產品不劃傷。
6. 適合大件產品的加工:大件產品的模具制造費用很高,激光加工不需任何模具制造,而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊,可以大幅度地降低企業的生產成本提高產品的檔次。
7. 非常適合新產品的開發:一旦產品圖紙形成后,馬上可以進行激光加工,你可以在最短的時間內得到新產品的實物。
8. 節省材料:激光加工采用電腦編程,可以把不同形狀的產品進行材料的套裁,最大限度地提高材料的利用率。
9. 適合激光加工的材料:激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質合金等進行加工。
10.激光加工應用行業:
(1) 目前開展激光加工的方面主要是電梯、自動扶梯、紡織機械、食品機械、輕工機械、冷凍機械、印刷機械、復印機械、交通機械、港口機械、運輸機械、船舶機械、農用機械、筑路機械、搬運機械、環保機械及礦山、冶金機械等等的板金加工。
(2) 其次是電子、電器業包括醫療儀表、器械以及控制柜箱等板金加工。
(3) 電機制造業中各類轉子、定子、葉片的切割成型。
(4) 量具、刃具業中各類鋸條鋸片等切割成型。
(5) 汽車制造業包括零件、總裝合成和流水線中部件的制造,
(6) 廣告、裝潢及工藝品制造業。
.激光切割的合理工作參數
除精細切割如切割硅片可用YAG固體激光器外,激光切割一般采用CO2激光器,其工作參數主要有切割速度、切縫寬度和切割厚度。
(1)激光切割速度 它隨激光功率和噴氣壓力增大而增加,而隨被切材料厚度增加而降低。切割
(2)切縫寬度 一般在
(3)切割厚度 它主要取決于激光輸出功率。切割碳素鋼時,1kW級激光器的極限切割厚度為
(4)輔助氣體提高切割效率和切口質量 由于金屬表面的激光反射率可高達95%,使激光能量不能有效地射入金屬表面。噴吹氧氣或壓縮空氣能促進金屬表面氧化,可提高對激光的吸收率來提高切割效率。增加吹氧壓力還可使切縫減小,切割石英時,吹氧可防止再粘結。切割易燃材料時,可噴惰性氣體防止燃燒,切割帶有金屬夾層的易燃材料,宜采用壓縮空氣。
當吹氣壓力未超過某一數值時,增加壓力可增大切割厚度。
對于熔點低、分解點低及導熱性差的塑料、纖維、木材、布料等,一般應采用長焦距的鍺透鏡來聚焦激光束。
激光切割之切割材料
雖然幾乎所有的金屬材料在室溫對紅外波能量有很高的反射率,但發射處于遠紅外波段10.6um光束的CO2激光器還是成功的應用于許多金屬的激光切割實踐。金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5%~10%,但是,當具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時,卻能在微秒級的時間內很快使表面開始熔化。處于熔融態的大多數金屬的吸收率急劇上升,一般可提高60%~80%。從而很迅速的對板材進行加工.
(1)碳鋼。
現代激光切割系統可以切割碳鋼板的最大厚度可達
(2)不銹鋼。
激光切割對利用不銹鋼薄板作為主構件的制造業來說是個有效的加工工具。在嚴格控制激光切割過程中的熱輸入措施下,可以限制切邊熱影響區變得很小,從而很有效的保持此類材料的良好耐腐蝕性。
(3)合金鋼。
大多數合金結構鋼和合金工具鋼都能用激光切割方法獲得良好的切邊質量。即使是一些高強度材料,只要工藝參數控制得當,可獲得平直、無粘渣切邊。不過,對于含鎢的高速工具鋼和熱模鋼,激光切割時會有熔蝕和粘渣現象發生。
(4)鋁及合金。
鋁切割屬于熔化切割機制,所用輔助氣體主要用于從切割區吹走熔融產物,通常可獲得較好的切面質量。對某些鋁合金來說,要注意預防切縫表面晶間微裂縫產生。
(5)銅及合金。
純銅(紫銅)由于太高的反射率,基本上不能用CO2激光束切割。黃銅(銅合金)使用較高激光功率,輔助氣體采用空氣或氧,可以對較薄的板材進行切割。
(6)鈦及合金。
純鈦能很好耦合聚焦激光束轉化的熱能,輔助氣體采用氧時化學反應激烈,切割速度較快,但易在切邊生成氧化層,不小心還會引起過燒。為穩妥起見,采用空氣作為輔助氣體比較好,以確保切割質量。
飛機制造業常用的鈦合金激光切割質量較好,雖然切縫底部會有少許粘渣,但很容易清除。
(7)鎳合金。
鎳基合金也稱超級合金,品種很多。其中大多數都可實施氧化熔化切割。
非金屬材料的激光切割
10.6um波長的CO2激光束很容易被非金屬材料所吸收﹐導熱性不好和低的蒸發溫度又使吸收的光束能幾乎整個傳輸入材料內部﹐并在光斑照射處瞬間氣化形成起始孔洞﹐進入切割過程的良性循環.
2.1有機材料
激光切割對塑料加工有較大的吸收力﹐因為激光可以對任何復雜形狀工件進行無接觸的高速切割﹐激光作為一種高功率密度強熱源﹐很快蒸發膠合劑﹐破壞材料的聚合鏈﹐實施切割.
低溶塑料﹔在正確控制工藝下﹐可獲無毛刺.氣泡的底部切割邊切縫光光滑平整.
高強塑料﹔為了破壞其強的連接鏈﹐需要較強的光束功率密度﹐切割時由此產生燃燒﹐切邊形成不同程度的碳化.
聚氯乙烯或聚乙稀﹔注意防止切割過程中產生有害氣體﹐防止機器生銹﹐切割斷面呈茶色﹐會有纖維絲產生.
2.1.2橡膠
切割時材料無接觸﹐切割時無需擔心工作的延伸和變形﹐防止切邊發粘.
2.1.3木材
激光能有效切割木材.層壓板.木屑板.無鋸屑﹐輔助氣體必須使用惰性的氮氣﹐防止材料的燃燒.
2無機材料
1.2. 1石英
熱膨脹系數較低的石英材料比較適宜激光切割﹐切邊質量好﹐切面光滑.
2.2.2玻璃
對大多數玻璃來說﹐受激光熱沖擊后產生的裂紋.
2.2.3陶瓷
陶瓷激光切割機制是可控向斷裂﹐聚焦光點﹐引超定向加熱梯度和高的機械應用力﹐使陶瓷這類幾乎沒有塑料的材料生成小裂縫﹐裂縫延著光點移動不斷生成﹐最后把陶瓷切斷﹐采用CO2激光束切勿使用高功率﹐否則將會出現龜裂導致切割失敗.
2.2.4石頭
不同類型的引石材料中含有水份﹐濕氣由于激光束瞬間快速加熱引起爆炸導致開裂
激光切割之熱影響與切縫
激光束聚焦成很小的光點,使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分,材料很快加熱至汽化程度,蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動,使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小,基本沒有工件變形。
切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體。鋼切割時利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產生放熱化學反應氧化材料,同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣,棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡,防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片并導致鏡片過熱。
大多數有機與無機材料都可以用激光切割。在工業制造系統占有份量很重的金屬加工業,許多金屬材料,不管它是什么樣的硬度,都可以進行無變形切割。當然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們也是好的傳熱導體,因此激光切割很困難,甚至不能切割。(對于此類材料可以在材料表面涂上防反射材料進行切割)
激光切割無毛刺、皺折、精度高,優于等離子切割。對許多機電制造行業來說,由于微機程序控制的現代激光切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件,它往往比沖切、模壓工藝更被優先選用;盡管它加工速度還慢于模沖,但它沒有模具消耗,無須修理模具,還節約更換模具時間,從而節省了加工費用,降低了生產成本,所以從總體上考慮是更合算的。
激光切割的優缺點
優點:
激光束聚焦后形成具有極強能量的很小作用點,把它應用于切割有許多特點。首先,激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區域內,可提供(1)狹的直邊割縫;(2)最小的鄰近切邊的熱影響區;(3)極小的局部變形。其次,激光束對工件不施加任何力,它是無接觸切割工具,這就意味著:(1)工件無機械變形;(2)無刀具磨損,也談不上刀具的轉換問題;(3)切割材料無須考慮它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料的硬度影響,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性強,并有高的適應性和柔性,因而(1)與自動化設備相結合很方便,容易實現切割過程自動化;(2)由于不存在對切割工件的限制,激光束具有無限的仿形切割能力;(3)與計算機結合,可整張板排料,節省材料。
缺點:
1:成本較高,必須有輔助氣體。2:無法完成成型拉伸。(現在有激光沖壓復合機,不過好像太貴)3:速度相對數控沖床低一些。
激光切割與加工工件的材料,精度,復雜程度有直接的關系,如果批量較小,加工復雜,要求精度高,選者激光切割機是明智的。反之車不然。
用來加工不銹鋼是在好不過了?特別是
激光技術之光路傳輸
光路,是指光行駛的路徑。
; Y6 l" W, Z( a b目前主要有混合光路、單臂懸梁飛行光路和龍門式飛路三種。混合光路采用工作臺或工件X軸運動,切割頭Y軸運動行光,在加工中存在工件運動,容易導致精度誤差,且容易劃傷板材,但是技術相對簡單,造價低,目前國內激光設備生產廠主要提供這種形式的切割機供模切板行業。單臂懸梁飛行光路由于切割頭的單點承重,設備剛性不足,一般需要特殊地基,而且在長期運行的穩定性不夠。龍門式飛行光路是目前最成熟的技術,它有著速度快、剛性好及精度高等特點。
當然,在一個完整的系統中,還有很多要素需要評估,例如供應商對激光工藝的研究程度,針對各種材料的不同加工要求是否可以提供完整的解決解決工藝;設備的整體性、長期穩定性;抗電磁干擾能力;對環境的要求……都需要我們進行考核。
激光加工的安全等級
Class I:低輸出激光(功率小于0.4mW),不論何種條件下對眼睛和皮膚,都不會超過MPE值,甚至通過光學系統聚焦后也不會超
過MPE值。可以保證設計上的安全,不必特別管理。典型應用如激光教鞭,CD播放機,CD-ROM設備,地質勘探設備和實驗室分析
儀器等。
Class II:低輸出的可視激光(功率0.4mW-1mW),人閉合眼睛的反應時間為0.25秒,用這段時間算出的曝光量不可以超過MPE
值。通常1mW以下的激光,會導致暈眩無法思考,用閉合眼睛來保護,不能說完全安全,不要直接在光束內觀察,也不要用Class
II激光直接照射別人的眼睛,避免用遠望設備觀察Class II激光。典型應用如課堂演示,激光教鞭,瞄準設備和測距儀等。
Class III :中輸出激光,光束若直接射入眼睛,會產生傷害,基于某些安全的理由,進一步分為IIIA和IIIB級。
IIIA級為可見光的連續激光,輸出為1-5mW的激光束,光束的能量密度不要超過25W/m﹣m,避免用遠望設備觀察IIIA激
光,這樣可能增大危險。IIIA的典型應用和Class II級有很多相同之處,如激光教鞭,激光掃描儀等。
III B 級為5
激光的典型應用如光譜測定和娛樂燈光表演等。
ClassIV:高輸出連續激光(大于500mW),高過第三級,有火災的危險,擴散反射也有危險。典型應用如外科手術,研究,切割,焊接和顯微機械加工等。
一般的激光設備應當有相應的安全保護措施:
(1)根據激光裝置的級別,有關激光的安全或傷害具有充分的知識與認識的人來指導處理.
(2)三級以上的激光制作由有安全操作適當教育的人來執行。
(3)動作中的激光裝置,假如不發出激光光,也不要探視光路中。
(4)激光共振器的調整,光軸調低時,會突然發射激光。要經常注意眼睛的位置來處理。
(5)CO2激光使用眼睛看不到的紅外光大型激光時,附近的人要特別注意。
(6)不能避免反射光或亂射光時,在使用三級以上的激光時,可以使用保護眼鏡。
是的 實現精細加工主要是用YAG的激光,也就是波長10.64的激光,由于二氧化碳激光的產生原理,注定了光束質量的直徑,模式都不是最好。10.64微米的激光恰恰相反。空間和時間控制主要是利用振鏡來解決這個問題的。振鏡是兩個成120度的鏡片組成,且每一個鏡片都有微型馬達以及驅動裝置,通過計算機發出的指令來偏轉一定的角度,激光反射到鏡片上,由于焦距的作用,會在短時間內做很大的位移。由于沒有機械位移,這種速度可以做到很快。打個比方,1個標準的104鍵的鍵盤。整盤的激光雕刻只需要12秒。而且振鏡現在都是伺服控制加上精密電機,所以精度可以達到0.0001左右。這個是機械式的傳動激光設備無法達到的!我們看到的飲料上現在的生產日期就是這種方式,但那個是用二氧化碳激光,你們可以看一下粗糙度。而手機鍵盤是YAG激光做的。你們可以拿到放大1000倍的光學顯微鏡看看質量。這個就是區別
原帖由 我在飛 發表身邊 你好
你的資料和總結非常詳細。感謝分享!
可否介紹一下有關激光切割寶石方面的知識。謝謝!
我在飛 你好
就我得了解 激光切割寶石就目前來說還很不成熟!
現在工業領域大規模運用的就是YAG和二氧化碳的激光。我們知道,光都是有波長的。不同的物體對不同波長的光吸收率的區別很大,打個比方,yag激光人體幾乎不吸收,50w的激光你可以隨便摸而手不會有任何感覺,二氧化碳的激光可能直接就燒糊了!寶石因為硅的含量很高,這兩種激光的吸收率都不是很好。我們都知道晶元切割,就是純凈硅,那個是用紫外線激光切割的,而且厚度很薄。紫外線激光價格又很貴。寶石切割又不可能做到大規模的單一規格切割,所以成本太高,換句話說,就是沒有經濟性!所以這個行業用激光很少。還是采用傳統的機械切割或者水刀切割。
原帖由 庫頁島 發表- ^. ]" R6 ~" y* n8 q0 T 我在的公司有一臺2005年產的通快3050激光切割機5000瓦的.可不知為何機床平均一個月壞一次,售后服務也不好弄得老板很上火.或許我們操作不當保養不到位???
我做銷售也7年了吧!從我手里出去的機器也不少的,有用的非常好的,接著買第2第3臺的。也有怎么用都壞的,最后跟公司打官司退貨的!也是同樣的設備。不管什么公司,再牛比的公司,也有壞客戶。質量誰都不可能保證100%。有些時候可能運氣差點。但大公司強項就是這種幾率會低很多。而且售后有保證。銷售價格其實是包含這一塊的費用。除去這個問題,下來就看自己的操作什么的了。這個原因也得找下。跟廠家好好溝通下 總能解決的。尤其是這種規模的公司。國內的服務態度差。你可以直接找會說英語的打國際長途找老外談。他們對這個可是非常重視的。總之 辦法很多。多想想 有解決的辦法。
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