《激光切割技术》.docVIP

《先进制造技术》课程论文 ——激光切割板材表面质量研究 摘要：从激光切割的原理、优点，表面质量内容及其影响因素和激光切割板材表面质量研究进展进行了综述，最后说明了通过调整各影响因素改善切割质量的方法。 关键词：激光切割；影响因素；焦点；气压；速度；功率 The plate surface quality research of the laser cutting Abstract: From the principle and advantages of laser cutting, surface quality of the content and its influencing factors and the surface quality of the laser cutting plate research progress were summarized, and finally illustrates by adjusting the various factors affecting the way to improve cutting quality. Key words: Laser cutting. Influencing factors; The focus; Air pressure; Speed; power 1引言 激光切割技术是一种现代科技，广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题，成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。 2原理 激光切割是利用经聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，温度急剧升高，工件表面开始熔化或气化，并吹入活性气体助燃。随着激光束与工件的相对运动，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，在工件上形成切缝。激光照射工件表面时，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能，使工件表面温度急剧升高，材料熔化、气化，产生黑洞效应，使材料吸收率提高，迅速加热切割区材料。此时吹氧可以助燃，并提供大量热能，使切割速度提高，还可吹走熔渣，保护和冷却镜头。 3 激光切割技术的明显优点 （1）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。 （2）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，变形极小。 （3）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证明：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先进加工方法。 （4）非接触式切割。激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。 （5）切割材料的种类多。与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。 4影响切割质量的因素 （1）切割速度对切割质量的影响 　　对给定的激光功率密度和材料，切割速度符合于一个经验式，只要在通阈值以上，材料的切割速度与激光功率密度成正比，即增加功率密度可提高切割速度。这里所指的功率密度不但与激光输出功率有关，而且与光束质量模式有关。另外，光束聚焦系统的特征，即聚焦后的光斑大小也对激光切割有很大的影响。 　　切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。 对金属材料而言，在其他工艺变量保持恒定的情况下，激光切割速度可以有一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量，这种调节范围在切割薄金属时显得比厚件稍宽。有时，切割速度偏慢也会导致排出热融材料烧蚀口表面，使切面很粗糙。 （2）焦点位置调整对切割质量的影响 　　由于激光功率密度对切割速度影响很大，透镜焦长的选择是个重要问题。激光束聚焦后光斑大小与透镜焦长成正比，光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，焦点处功率密度很高，对材料切割很有利；但它的缺点是焦深很短，调节余量小，一般比较适用于高速切割薄型材料。由于长焦长透镜有较宽焦深，只要具有足够功率密度，比较适合切