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,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。而且通过气体压力,使熔融金属挤入板件内部,提高加工能力的效果。
各种刀模的优劣对比,教你如何选择合适的刀模?
认识刀模
刀的种类从刀锋角度,刀身和刀锋的硬度,刀锋的纹路,刀锋和刀身的表面加工工艺来区分的话,就不下 100多种。
刀模的开发与制作是建立在,深刻理解客户产品需求信息和对材料有相当了解的基础上的。客户要表达的信息,都呈现在那张设计图上,所以要审图在先,把客户的要求转换成自己的工艺流程,终产品的呈现。
设计生产工艺流程,就要求工程人员对材料有相当的认识。还有另一个要素就是,对自己公司的机器的性能也要相当的了解,可以这样说:认识材料、了解机器生产性能,这是必须必备的基本功。
知道客户要得到的是什么、知道材料的属性、再联想我们机器的生产性能,在脑海中构造生产时的情景,会出现的问题,怎样解决?解决的方案就是你设计的工艺流程,而刀模就是能把你的所思所想变成现实的重要工具。能否达成客户的需求,就看你那把刀制作的怎样了。
激光刀模
利用激光的强能量性对刀模板进行高深度烧蚀,从而达到安装切割刀的目的。
蚀刻刀模
蚀刻刀模、雕刻刀模是继激光刀模后发展出的一种精度高、难度高、刀口无缝、切断线条光滑、重复精度高的刀模。其主要应用于软性电路板 FPC,电子薄膜,偏光片,背光片,透光片,折射片,不干胶,纸工艺, 麦拉片PET……
雕刻刀模
在模切行业中比较常用的产品,一般用于冲压出所需的模切产品的形状。其精度较高。
五金刀模
利用上下各三块特种钢材板夹结构的套合冲切模具,在基板之沿封闭或敞开轮廓线使材料产生分离的。五金刀模下模的寿命和孔的刀口高度有直接联系,刀口无法再研磨时五金模的寿命就结束了。
QDC模具
QDC 模即采用模块组合的方式,使用雕刻刀模或腐蚀刀模安装到五金冲模模座中,进行冲切、清废;可以根据不同的模切需要进行快速模具更换,兼顾刀模的优势和冲模的精度、稳定性。
各种刀模优缺点对比
蚀刻刀模与激光刀模对比:
蚀刻刀模
激光刀模
1.成品设计限制小:角度及窄小缝隙依然能成型,适用于电子材料的模切
1.成品外形设计较大限制多,适用于一般彩盒或较要求不高的工件
2.刀面平整、替换快,节省因测试时所耗费的材料与时间
2.刀面平整度较差,常须使用垫片调整,需人员操作,耗时费材
3.同一套,可轻易做高低刀组合,面对复杂工件可一次成型,符合时间与精度要求
3.高低刀组合较难控制
4.同一刀口可变化不同角度,应对多种不同材料变化
4.只能制作一种角度,无法变化
5.无缝刀口、且垂直度佳、切断面光滑。尤其用于光学膜
5.刀口有接缝
6.调模时间短
6.调模时间长
7.数个同图形在同一模上,尺寸趋近相同
7. 数个同图形在同一模上,尺寸相差较大
8.同一把刀重复制作,误差趋近于零
8.同一把刀重复制作,误差较大
木模与蚀刻模、镜面蚀刻刀模优、缺点比较:
木模
蚀刻模
镜面蚀刻模
优点
1.单价低;
2.镜面、刺;
3.交期快(12 小时内)。
1.无接刀口;
2.尺寸不变;
3.模切次数较多。
1.镜面处理后的蚀刻模不会产生毛刺等问题;
2.所有蚀刻模的优点都存有。
3.交期尽量改善至 12 小时内;
4.单价可议(推广时间)。
缺点
1.有接刀口;
2.尺寸会因外部因素而改变;
3.模切次数不够多。
1.单价偏高;
2.因无镜面处理故裁切背光模 (如扩散片、菱镜片等)时易产生毛 刺、粉尘等问题。
模切不同的材料要用不同的刀片才能达到佳效果。还有刀模、材料、弹力海绵垫的3者的配合也至关重要。有一些材料经过模切后会产生尺寸变异,要做出好的刀模,也是需要刀模厂对材料的特性有了解,然后制定相应的加工工艺。
激光应用技术的发展
激光手术:
激光能产生高能量﹑聚焦的单色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人体组织时能在局部产生高热量。
激光手术就是利用激光的这一特点﹐去除或破坏目标组织﹐达到的目的。
主要包括激光切割和激光换肤。
激光:
激光有它的特性,令它被广泛应用于防空,反坦克,轰炸机自卫等军事用途.
激光之所以能成为威力强大的,
是因为它有三个层次的破坏能力: 1.烧蚀效应 跟激光热加工原理一样,当高能激光束射到目标时,激光的能量会被目标的材料吸收,转化为热能.这些热能足以令目标部分或完全穿孔,断裂,熔化,蒸发,甚至产生爆炸.
2.激波效应 如目标材料被气化,目标材料会在短时间内产生反冲作用,形成压缩波使材料表面层裂碎开,碎片向外飞时造成进一步破坏.
3.效应 目标材料气化的同时会形成等离子体云,能产生紫外线及X光线,使目标内部的电子零件被破坏。
激光能源:
激光还可应用于核能发电上。
世界上现在建成的核发电站使用的核燃料是铀, 使用氚核燃料的研究尚未成功。
从研究所得,氚核燃料比铀核燃料更加耐烧,1公斤氚核燃料燃烧产生的能量比铀核燃料高3倍多。
更有吸引力的是氚核燃料在地球上的储量大。
每升海水中含有 0.03克氘。这0.03克氘聚变时释放出采的能量相当于300升汽油燃烧的能量。
海水的总体积为13.7亿立方公里,共含有几亿亿公斤的氘。
这些氘的聚变所释放出的能量,足以保证人类上百亿年的能源消耗,既然氚核燃料这么好.为甚么现在还不用?
问题就在于把它点火燃烧不是一件容易做到的事。
划一根火柴燃烧的温度就可以把纸片,汽油点著火,要让这种核燃料著火,则需要亿度的高温。
激光是目前较有可能达到这个点火温度的技术。
激光的应用领域
国外除上述应用外,还在不断扩展其应用领域。
⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人,切割空间曲线,开发各种三维切割软件,以加快从画图到切割零件的过程。
⑵为了提高生产效率,研究开发各种切割系统,材料输送系统,直线电机驱动系统等,如今切割系统的切割速度已超过100m/min。
⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用,切割低碳钢厚度已超过30mm,并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术,以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。
关键技术一
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。
激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决以下几项关键技术:
焦点位置控制技术
焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的碳钢,焦点在表面之上;6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。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的装置供用户选用:
⑴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。
⑵在切割头上增加一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。
⑶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。
⑷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。