大庆大功率激光刀模机 特思德激光

深圳市特思德激光设备有限公司

激光切割穿孔技术


任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基该方法：


⑴爆破穿孔：（Blast drilling），材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆，不宜在要求较高的零件上使用（如石油筛缝管），只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。


⑵脉冲穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还需要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法有以下三种：⑴改变脉冲宽度；⑵改变脉冲频率；⑶同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，第⑶种效果最好。


关键技术二


喷嘴设计及控制技术


激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计及气流的控制（如喷嘴压力、工件在气流中的位置等）也是十分重要的因素。如今激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn（表压为Pg）的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc,最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。


可用下列公式计算：V=8.2d2(Pg+1）
V-气体流速 L/min
d-喷嘴直径 mm
Pg-喷嘴压力（表压）bar


对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力超过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度（n）两因素有关：如氧气、空气的n=5，因此其阈值Pn=1bar×（1.2）3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=（1+1/n)1+n/2时（Pn；4bar），气流正常斜激波封变为正激波，切割压力Pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。


为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔（Laval）喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器，透镜焦距2.5〃，采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验，见图4。试验结果如图5所示：分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下，切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa（或4bar）时切割速度只能达到2.75m/min（碳钢板厚为2mm）。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射，使切割压力呈周期性的变化。


关键技术三


第一高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是如今工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。


综上所述，CO2激光器切割技术正在中国工业生产中得到越来越多的应用,国外正研究开发更高切割速度和更厚钢板的切割技术与装置。为了满足工业生产对质量和生产效率越来越高的要求，必须重视解决各种关键技术及执行质量标准，以使这一新技术在中国获得更广泛的应用。

激光加工的防护


1、为避免发生各种伤害，首先对激光加工设备采取必要的防护措施。这些措施主要包括以下方面。


（1）激光加工设备要可靠接地，电器系统外罩的所有维修门应安装有连锁装置，电器外罩应设置相应措施一边在进入维修门之前使内部的电容器组放电。


（2）激光加工设备应有各种安全措施，在激光加工设备上映舍友明显的危险警告标志和信号，如“激光危险”“高压危险”等字样。


（3）激光加工的光路系统应尽可能全部封闭，如使激光在金属管中传递，以防止对人体的直接照射造成伤害。


（4）如果激光加工的光路系统不可能全封闭，则光路应设在较高的位置，使光束在传递过程中避开人的头部，让激光从人的高度以上通过。


（5）激光加工设备的工作台应采用 玻璃等防护装置屏蔽，以防止激光的反射。


（6）进行激光加工的场地也应设有明显的安全标志，并设置栅栏、隔墙、屏风等，防止与工作无关人员误入危险区。


2、对人身的保护


（1）对于激光切割机的防护设备典型的就是激光防护镜，因为防止激光对人眼损伤的防护镜，按其防护原理可分为反射式、吸收式、衍射式和复合式等几种，当然，他们都会根据激光切割机的激光辐射波长进行过滤防护，达到对人体的激光切割机激光的保护，这也是市场上较为安全方便的激光切割机的防护设备。


（2）人体如果有了足够的健康程度，对于激光切割机的稍微辐射是可以抵御的。所以激光切割机操作人员要注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含维生素A、C和蛋白质的食物，经常喝些绿茶等等。因为这些食物都能帮助人类较好的保护眼睛，让人体能够在激光切割机辐射的条件下，较好的保护人体。

激光刀模材料简介


一、激光刀模材料的规格描述：
有厚度，高度，刃角，硬度，包装形式5方面。

1．厚度 一般使用单位mm，常用的刀料厚度为0.45mm，0.53mm，0.71mm，1.05mm。另外，一个通用的单位是pt，1pt=0.35146mm。以上厚度转化为pt单位后就是1.3pt，1.5pt，2pt，3pt。

2．高度 一般使用单位mm，高度的规格非常多，从8～100，根据自己选择即可。

3．刃角 使用角度单位。一般有30°，42°，52°的规格。

4．硬度 使用洛氏硬度（HRC）和维氏硬度（HV）两种，刀身的硬度一般在50 HRC以下，刀刃的硬度一般在55 HRC以上。

5．包装形式 有条刀和盘刀两种。长度一般为1m/条，100m/盘。



二、激光刀模材料的材质及处理介绍

1 选用优质的钢材：钢分子结构紧密，刀身富有柔韧性，受弯后无太大的回弹，分子结构仍保持紧密的联结。

2 精湛的表面退碳处理：将较脆的碳分子从模切刀的表层退去，使刀片受弯时不致表面脆裂，而导致刀身断裂。仿似一层软皮组织将刀身包起，更加便于弯曲成形。

3 优秀的热处理：可以根据客户不同要求将模节刀调节至不同硬度，并将刀身调软便于弯曲而将刀峰调硬使之耐用。

4 极高的精度：模切刀精度越高，模切机调压时间越短，机械磨损越低，出产速度越快，模切效果越好。特别是不干胶商标的模切，无精度的模切刀根本分歧格。

5 应拥有更多规格、型号供客户选择：模切刀的选择应拥有更多规格、型号供客户选择：模切刀的选择应按三个原则去选择：（1）出产是否长版；（2）客户要求是否高；（3）所模切的图案是否复杂。选择最适合的型号、规格的模切刀是模切质量保证的枢纽。

6 软刀刀峰经淬火处理的模切刀因为刀身软，刀峰硬，通常被称为软刀。软刀的淬火处理面积的厚薄对耐用性影响很大，淬火面积大，承托刀身传递过来的机械压力的能力越大，反之较硬的刀峰与较软的刀身的接触面积较少时，硬的部门会向软的部门凹陷进去，或很易脱落，或承托力不足甚至减至零，即刀的寿命缩短。当然也不能无穷制增加淬火层面积，淬火层面积太多会影响模切刀的弯曲。因为淬火层的重要性，加上淬火层面积越大，刀的造价越高，所以有些无良出产商甚至用涂颜色的方法在刀峰涂上一层墨色就说是淬火处理，以欺骗用户。因此，选择合适的品牌，选择信誉良好的供给商就相称重要。

7 不同硬度的品种选择，有利于适应不同的需要。有些品牌只有两种硬度的刀，对于模切较厚的材料根本不能胜任。另一方面，假如只有很硬的刀，对于图案复杂的木模成型又很成题目。或者有时用户委曲使用统一款刀于不同要求的模切出产上，难以达至最佳的效果。所以选择品种较多的品牌也是相称重要的。

激光穿孔


1、穿孔的难度


在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。板越厚，穿孔就越不稳定。可以说，板厚大于12.Omm的厚板切割中，发生加工不良现象的70%起因于穿孔不好。为了实施稳定的穿孔，在这里对穿孔的加工特性进行说明。


2、穿孔的原理


在穿孔过程中，贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程，到缓慢加热进行穿孔作用，直至最后的贯通是连续进行的。这个方法，如果板件厚度大于9.Omm，则穿孔时间就会急剧增加，但是孔径约为0.5mm，比切口窄，热影响也小。因此，如果增加加工能力，加大输出能量，熔融金属就很难全部从孔径上部排出，出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置，增大加工孔径，迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属，飞散到被加工物表面上，但却大幅度缩短了加工时间。


在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。在穿孔加工过程中，照射的激光在穿孔中多重反射，边被吸收边向下传播。为了缩短穿孔时间，就要补充被孔壁吸收而


被减弱的能量，即在穿孔过程中有必要增加输出功率。而且，为了减少对孔壁周围的热影响，要在增加输出功率的同时，尽可能的缩短穿孔时间，减少激光对孔壁周围的照射。


3、 对付穿孔中出现缺陷的四个原则


穿孔过程中出现缺陷时，有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。


（1）缺陷发生的瞬间


要确认是在穿孔的过程中，还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的，则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况，来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前，那是因为贯通之前切换到切割条件，有必要延长穿孔时间。


如果切割开始时发生加工缺陷的现象，那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过，所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。


（2）缺陷产生的位置


如果在加工平台的特定位置，集中出现穿孔缺陷，那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。


如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔，由于加工位置温度过高，也会造成穿孔缺陷。温度越高，缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序，改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。


（3）发生穿孔不良的时间


随着加工时间的推移，加工不良的发生次数只见增加不见减少时，其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能恢复的话，其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件，并与供应商联系。


（4）发生穿孔不良的材料


对于发生穿孔不良的材料，要确认过去是否进行过良好加工，确认记录很重要。如果有过去加工的记录，就不需要调整加工条件，可以认定是加工机和光学部件的缺陷，进行检查找出原因。


4、适当的穿孔条件


被加工物的厚度越厚，穿孔时间在整体加工时间中所占的比例就会增加，对缩短穿孔时间的要求就会提高。对穿孔时间缩短有效的加工条件参数是脉冲峰值输出功率和脉冲波形及平均输出功率。


5、 防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物


在切割不锈钢时，孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣，在镜面及条纹表面材料上会出现划伤。而且，须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时，会出现对焦异常的报警。


6、 高反射材料穿孔时的注意事项


在切割铜、纯铝等高反射材料时，需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果，而且从安全的角度上也有抵制反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率，提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过增大气体压力，使熔融金属挤入板件内部，提高加工能力的效果。


激光切割机水箱与镜片的保养清洁技巧


一、水的更换与水箱的清洁

1、建议：每星期清洗水箱与更换循环水一次

2、注意：机器工作前一定保证激光管内充满循环水。

循环水的水质及水温直接影响激光管的使用寿命，建议使用纯净水，并将水温控制在35℃以下。如超过35℃需更换循环水，或向水中添加冰块降低水温，（建议用户选择冷却机，或使用两个水箱）。

清洗水箱：首先关闭电源，拔掉进水口水管，让激光管内的水自动流入水箱内，打开水箱，取出水泵，清除水泵上的污垢。将水箱清洗干净，更换好循环水，把水泵还原回水箱，将连接水泵的水管插入进水口，整理好各接头。把水泵单独通电，并运行2-3分钟（使激光管充满循环水）。

二、镜片的清洁

1、建议每天工作前清洁，设备须处于关机状态

雕刻机上有1块反射镜与1块聚焦镜(反射镜位于激光头固定部分的顶部，聚焦镜位于激光头下部可调节的镜筒中)，激光是通过这些镜片反射、聚焦后从激光头发射出来。镜片很容易沾上灰尘或其它的污染物，造成激光的损耗或镜片损坏。反射镜片与聚焦镜需要从镜架中取出，将蘸有清洗液的擦镜纸小心地沿镜片中央向边缘旋转式擦拭。擦拭完毕后原样装回即可。

2、注意：①镜片应轻轻擦拭，不可损坏表面镀膜；②擦拭过程应轻拿轻放，防止跌落；③聚焦镜安装时请务必保持凹面向下。