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深圳市特思德激光设备有限公司

激光切割技术概要及激光切割精度
  激光束聚焦成很小的光点其小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2。这时光束输入(由光能转换)的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄(如0.1mm左右)的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。切割过程中还添加与被切材料相适合的气体。钢切割时得用氧作为气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。
    大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割(目前使用的激光切割系统可切割工业用钢的厚度已可接近20mm)。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割(某些难切割材料可使用脉冲波激光束进行切割，由于高的脉冲波峰值功率，会使材料对光束的吸收系数瞬间急剧提高)。
    激光切割刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件 (工件图纸也可修改)，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。
    另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也可发挥其、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层(热影响区)，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。
 常用工程材料的激光切割
    1.金属材料的激光切割
    虽然几乎所有的金属材料在室温对红外波能量有很高的反射率，但发射处于远红外波段1.064um光束的灯泵浦ND:YAG激光器及10.6μmCO2激光器还是成功的应用于许多金属的激光切割实践
    2.非金属材料的激光切割10.6μm波长的CO2激光束很容易被非金属材料吸收，导热性不好和低的蒸发温度又使吸收的光束几乎整个输入材料内部，并在光斑照射处瞬间汽化，形成起始孔洞，进入切割过程的良性循环。
    激光切割的精度
    激光切割的精度由多方面因素组成：
    1、激光束通过聚焦后的光斑的大小
    激光束聚集后的光斑越小，切割精度越高，特别是切缝较小，小的光斑可达0.01mm。
    2、工作台的走位精度决定着切割的重复精度
    工作台精度越高，切割的精度越高。
    3、工件厚度越大，精度越低，切缝越大。
    由于激光光束为锥形，切缝也是锥形，厚度0.3MM的不锈钢比2MM的切缝小的多。
    4、工件材质对激光切割精度有一定影响。
    同样情况下，不锈钢要比铝的切割精度高，切面光滑一些。
激光切割机的切割质量好。切口宽度窄(一般为0.1--0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1--0.4mm,轮廓尺寸误差0.1--0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12.5--25μm)，切缝一般不需要再加工即可焊接。

激光切割加工关于尺寸变化
即使按照程序进行切割，也有加工产品无法满足精度要求的情况。所以需要根据不同的情况采取对策。
1.加工产品的全体尺寸有变化
这是由于切口上激光焦点直径和其周围燃烧区域形成的切口宽度所影响的。
虽然在相同条件下，对相同的加工物，使用同一偏置补偿值可以确保其精度，但是焦点位置的设定要凭借加工机操作人员的感觉来确定，而且热透镜作用也会造成焦点位置的变化，所以需要定期检查的偏置补偿值。
2．加工方向(部分)上的尺寸误差有差别
板材上部的尺寸精度与尺寸精度有不同的情况。这个现象要考虑两方面的原因。先，光束圆度和强度分布不均一，造成切口宽度沿加工方向有所不同。解决的方法是进行光轴调整或清洗光学部件。其次，被加工物受热膨胀会引起加工形状长方向尺寸变短的情况。
3．翘曲引起的变化
尺寸精度虽然在要求范围内，但由于热变形等原因会造成发生翘曲。加工铝、铜、不锈钢等时非常显著，它受到线膨胀系数、热容量等物性的影响。就加工形状来说，纵横比越大，翘曲量就越大。采用低热量加工条件以及加工线路等在加工程序上下工夫，但还没有完全解决问题。
加工板件所拥有的残余应力对翘曲和尺寸误差也有影响，所以我们需要对加工程序始终保持一定的配置方向。
4．间距精度变化
加工很多孔时，孔与孔之间的间距精度会出现偏差。由于在热膨胀情况下开孔，冷却收缩后，间距变小。我们可以在程序中补正收缩部分的精度或者灵活运用形状缩放功能。无论什么情况，都要在初期加工后，测定其加工尺寸，补误差。当间隔精度不随加工位置而变化，而是在整个加工区里都恶化时，其原因是机械精度的恶化而造成的。
5．圆度变化
在激光加工中加工孔切割面产生坡度是无法避免的，下面直径比背面直径大，一般都评估背面稍小一侧的圆度。

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。

激光加工技术详解2
一般来说，激光切割质量可以由以下6个标准来衡量。
⒈切割表面粗糙度Rz
⒉切口挂渣尺寸
⒊切边垂直度和斜度u
⒋切割边缘圆角尺寸r
⒌条纹后拖量n
⒍平面度F
应用范围
大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。
在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，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、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高3倍以上。
材料分析
结构钢
该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。
不锈钢
在可以接受切割端面氧化的情况下可使用氧气；使用氮气以得到无氧化刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。
铝
尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。
钛
钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。
铜和黄铜
两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。
CO2切割
优点
CO2激光切割技术比其他方法的优点是：
切割质量好
切口宽度窄（一般为0.1--0.5m m）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。
切割速度快
例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形小。
清洁、安全、无污染
大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种加工方法。
九十年代以来，由于中国市场经济的发展，企业间竞争激烈，每个企业必须根据自身条件正确选择某些制造技术以提高产品质量和生产效率。因此CO2激光切割技术在中国获得了较快的发展。