激光切割基础知识入门指南

最后更新:2024-02-28 作者 阅读时间:6分钟

什么是激光切割?定义、类型、特点、用途

在本文中,您将了解激光切割基础知识,包括定义、工作原理、类型、特点、应用和未来趋势。

激光切割

定义

激光切割 是一种热切割方法,利用聚焦的高功率密度激光束照射被切割材料,使材料迅速升温并达到燃点,然后熔化、烧蚀、汽化和蒸发形成孔洞。当光束穿过材料时,孔洞不断扩大,形成越来越窄的切缝,同时,熔融的材料被高压工作气体吹走,完成光滑干净的切口。

原则

激光是利用物质激发产生光束,这束光束具有很强的温度,当接触到材料时,能很快的在材料表面熔化,形成孔洞,根据定位点的移动,形成切割。与传统的切割方式相比,这种切割方式的缝隙更小,能节省大部分的材料,但是根据切割效果来分析,按照激光切割的材料,切割效果令人满意,精度也很高,这除了继承了激光的优点之外,也是普通切割方式无法比拟的。

类型

激光切割有四类:气化切割、熔化切割、氧气切割、划线和控制断裂。

1、激光汽化切割

利用高能量密度的激光束加热工件,温度迅速上升,在很短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化形成蒸汽。这些蒸汽的喷出速度非常大,在蒸汽喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割需要很大的功率和功率密度。

汽化切割多用于极薄的金属材料和非金属材料(如纸张、布料、木材、塑料和橡胶等)。

2.激光熔化切割

熔化切割是利用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷入非氧化性气体(Ar、He、N等),利用气体的强大压力将液态金属排出,形成切口。激光熔化切割不需要将金属完全气化,所需能量仅为气化切割的1/10。

熔化切割多用于不易氧化或活性的金属材料,如不锈钢、钛​​、铝及其合金等。

3.激光氧气切割

激光氧气切割的原理与氧乙炔切割相似,它采用激光束作为预热热源,以氧气等活性气体作为切割气体。一方面,吹出的气体与切割金属发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面,将熔融的氧化物和熔体从反应区吹出,在金属上形成切口。由于切割过程中氧化反应产生大量的热量,因此激光氧气切割所需的能量仅为 1/2 激光氧气切割优于熔化切割,切割速度远高于气化切割和熔化切割,激光氧气切割多用于碳钢、钛钢、热处理钢等易氧化金属材料。

4. 激光划线与控制断裂

激光划线是利用高能量密度的激光扫描脆性材料表面,使材料受热蒸发出小沟槽,再施加一定的压力,脆性材料就会沿着小沟槽开裂。划线用的激光器一般都是Q开关和 CO2 激光器相比,SR AOM 能在一些汽车、电子、照明和包装行业的薄膜材料加工上,提供更优秀的处理结果。

断裂控制是利用激光切槽产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,并沿着微小的沟槽使材料断裂。

产品特性

与其他热切割方法相比,激光切割具有切割速度快、质量高的特点。具体概括为以下几个方面。

1、切割质量好

由于切割点小,能量密度高,切割速度快,因此可以获得较高的切割质量。

a.切割切口窄,切缝两侧平行且垂直于表面,切割件尺寸精度可达±0.05mm.

b.切割面光滑干净,表面粗糙度仅为几十微米,不需机械加工,零件可直接使用。

c.材料经激光切割后,热影响区宽度很小,切缝附近材料的性能几乎不受影响,且工件变形小,切割精度高,切缝几何形状好,切缝截面形状为较为规则的矩形。

2、切割效率高

由于其传动特性,激光切割机通常配备多个数控工作台,整个切割过程可实现全数控控制。操作过程中,只需更改数控程序,即可应用于不同形状零件的切割,包括二维切割和三维切割。

3、切割速度快

使用功率为 1 的激光200W 切一个 2mm 厚低碳钢板,切割速度可达600cm/min;切割 5mm 厚聚丙烯树脂板,切割速度可达1200cm/min,切割时材料不需装夹固定,既可节省工装夹具,又可节省上下料辅助时间。

4.非接触切割

割炬与工件无接触,无刀具磨损,加工不同形状的零件,无须更换“刀具”,只需改变激光的输出参数即可,切割过程噪音低、振动小、无污染。

5.切削材料种类繁多

与氧乙炔切割、等离子切割相比,激光可切割的材料种类很多,包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材、纤维等,但不同材料由于热物理性质不同,对激光的吸收率也不同,对激光切割的适应性也不同。

应用

激光切割机大多采用CNC程序控制或制成切割机器人,作为一种精密的加工方法,激光可以切割几乎所有的材料,包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域,汽车顶窗等空间曲线的切割技术得到了广泛的应用。德国大众公司采用功率为 500W 可切割形状复杂的机体板材和各种曲面零件。在航空航天领域,激光技术用于切割特殊航空材料,如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷和石英等。激光切割的航空航天零件包括发动机火焰筒、钛合金薄壁机壳、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼桁架、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割技术在非金属材料领域也有应用,不但可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化硅、陶瓷、石英等;还可以对柔性材料进行切割加工,如布料、纸张、塑料板、橡胶等,如用激光切割服装,可节省服装10%~12%,提高效率3倍以上。

趋势

1、激光切割机将继续划时代的产品革命。

激光源是切割机的核心部件,也是决定激光切割机类型和切割能力的重要指标。毋庸置疑,未来激光切割机的变革也将发生在激光源上。如上文所述,激光源的更换 CO2 激光切割机 光纤激光切割机是激光切割机诞生四十年来最重要的技术革命,为该领域的生产厂家和新老用户带来了划时代的经济效益。那么,未来会不会出现比光纤激光器更便宜、性能更佳、光束模式更优、电光转换率更高或者综合成本更低的新光源呢?答案当然是肯定的。再问,什么类型的激光器呢?当然,现在不可能给出准确的答案。科技有时步履蹒跚,有时一日千里。

2、高功率光纤激光器将成为激光切割市场的主力。

如今,各种功率范围的光纤切割机都取得了长足的发展。然而,未来激光切割机的主流功率方向是什么?虽然不同功率范围的机器各有用途,但以高功率光纤激光器为开端并引发全球激光技术革命的激光器家族,将更高功率、更高精度和更大切割能力视为光纤激光切割机的重要发展方向之一。 STYLECNC最近推出了一款 15KW 超高速 光纤激光切割机,在切割速度和切割厚度上取得了前所未有的突破,受到业界的广泛关注。这是否蕴含着激光切割机未来的发展趋势?值得业界专家学者和用户朋友期待。此外,我们可以确信,在不久的将来,国内外众多光纤激光切割机生产厂家将迎来激烈的市场竞争。只有产品质量过硬、持续注重研发投入、掌握核心竞争技术的企业才能做到这一点,才能立于不败之地。

3、智能时代已经到来。

无论是德国的工业4.0,还是中国的智能制造,工业领域的第四次工业革命正在到来。作为高精密 数控激光切割机,激光切割机必将与时俱进,与科技一起飞翔,激光切割机自动化的发展大大提高了钣金车间的生产能力和自动化水平。

未来,在此基础上,激光切割机的智能制造时代正在网络技术、通信技术、计算机软件技术等领域悄然酝酿。可以预见,作为精密钣金落料的手段,激光切割机将不可避免地利用自身的网络通信能力,与工厂的放卷线、折弯机、数控冲床、焊接(铆接)单元、喷丸涂装线等设备进行通信,并嵌入统一的生产计划、任务和考核管理系统,成为钣金车间管理系统的重要组成部分。由此,激光切割机制造商将逐步转型为钣金加工承包商。

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