切縫窄工件變形小
激光束聚焦成很壓克力雷射切割小的光點,使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分,材料木板雷射切割很快加熱至汽化程度,蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動,使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切邊受熱影響很小,基本沒有工件變形。
切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助汽體。鋼切割時利用氧作為輔助汽體與熔融金屬產生放熱化學反應氧化材料,同時幫助吹走割縫內的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣,棉、紙等易燃材料切割使用惰性汽體。進入噴嘴的輔助汽體還能冷卻聚焦透鏡,防止煙塵進入透鏡座內污染鏡片並導致鏡片過熱。
大多數有機與無機材料都可以用雷射切割。在工業制造系統占有份量很重的金屬加紙類雷射切割工業,許多金屬材料,不管它是什麼樣的硬度,都可以進行無變形切割。當然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們也是好的傳熱導體,因此激光切割很困難,甚至不能切割。雷射切割無毛刺、皺折、精度高,優於等離子切割。對許多機電制造行業來說,由於微機程序控制的現代雷射切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件,它往往比衝切、模壓工藝更被優先選用;盡管它加工速度還慢於模衝,布料雷射切割但它沒有模具消耗,無須修理模具,還節約更換模具時間,從而節省了加工費用,降低了生產成本,所以從總體上考慮是更合算的。
無接觸加工
激光束聚焦後形成具有極強能量的很小作用點,把它應用於切割有許多特點。首先,激光光能轉換成驚人的熱能保持在極小的區域內,台中雷射雕刻可提供⑴狹的直邊割縫;⑵最小的鄰近切邊的熱影響區;⑶極小的局部變形。其次,激光束對工件不施加任何力,它是無接觸切割工具,這就意味著⑴工件無機械變形;⑵無刀具磨損,也談不上刀具的轉換問題;⑶切割材料無須考慮它的硬度,也即雷射切割能力不受被切材料的硬度影響,任何硬度的材料都可以切割。再次,激光束可控性強,並有高的適應性和柔性,因而⑴與自動化設備相結合很方便,容易實現切割過程自動化;⑵由於不存在對切割工件的限制,激光束具有無限的仿形切割能力;⑶與計算機結合,可整張板排料,節省材料。
雷射切割與其他熱切割方法相比較,總的紙類雷射切割特點是切割速度快、質量高。具體概括為如下幾個方面。
⑴ 切割質量好
由於激光光斑小、能量密度高、切割速度快,因此雷射切割能夠獲得較好的切割質量。
① 雷射切割切口細窄,切縫兩邊平行並且與表面垂直,切割零件的尺寸精度可達±0。05mm。
② 切割表面光潔美觀,表面粗糙度只有幾十微米,甚至雷射切割可以作為最後一道工序,無需機械加工,零部件可直接使用。
③ 材料經過雷射切割後,熱影響區寬度很小,切縫附近材料的性能也幾乎不受影響,並且工件變形小,切割精度高,切縫的幾何形狀好,切縫橫截面形狀呈現較為規則的長方形。雷射切割、氧乙炔切割和等離子切割方法的比較見表1,切割材料為6。2mm厚的低碳鋼板。
⑵ 切割效率高由於激光的傳輸特性,雷射切割機上一般配有多台數控工作台,整個切割過程可以全部實現數控。操作時,只需改變數控程序,就可適用不同形狀零件的切割,既可進行二維切割,又可實現三維切割。
⑶ 切割速度快
用功率為1200W木板雷射切割的壓克力雷射切割雷射切割2mm厚的低碳鋼板,切割速度可達600cm/min;切割5mm厚的聚丙布料雷射切割烯樹脂板,切割速度可達1200cm/min。材料在雷射切割時不需要裝夾固定,既可節省工裝夾具,又節省了上、下料的輔助時間。
⑷台中雷射雕刻 非接觸式切割
雷射切割時割炬與工件無接觸,不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件,不需要更換“刀具”,只需改變激光器的輸出參數。雷射切割過程噪聲低,振動小,無污染。
1)激光汽化切割
利用高能量密度的激光束木板雷射切割加熱工件,使溫度迅速上升,在非常短的時間內達到材料的沸點,材料開始汽化,形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大,在蒸氣噴出的同時,在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大,所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用於極薄金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
2)激光熔化切割
激光熔化切割時,用激光加熱使金屬材料熔化,然後通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體(Ar、He、N等),依靠氣體的強大壓力使液態金屬排出,形成紙類雷射切割切口。激光熔化切割不需要使金屬完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用於一壓克力雷射切割些不易氧化的材料或活性金屬的切割,如不鏽鋼、鈦、鋁及其合金等。
3)激光氧氣切割
激光氧氣切割原理類似於氧乙炔切割。它是用激光作為預熱熱源,用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用,發生氧化反應,放出大量的氧化熱;另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應區吹出,在金屬中形成切口。由於切割過程中的氧化反應產生了大量的熱,所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2,而切割速度遠遠大於激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用於碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。
4)激光劃片與控制斷裂
激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描,使材料受熱蒸發出一條小布料雷射切割槽,然後施加一定的壓力,脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關激光器和C台中雷射雕刻O2激光器。
控制斷裂是利用激光刻槽時所產生的陡峭的溫度分布,在脆性材料中產生局部熱應力,使材料沿小槽斷開。
由於衝壓具有如此優越性,衝壓加工在國民經濟各個領域應用範圍沖壓加工相當廣泛。例如,在宇航,航空,軍工,機械,農機,電子,信息,鐵道,郵電,交通,化工,醫療器具,日用電器及輕工等部門裡都有衝壓加工。不但整個產業界都用到它,而且每個人都直接與衝壓產品發生聯系。像飛機,火車,汽車,拖拉機上就有許多大,中,小型衝壓件。小轎車的車身,車架及車圈等零部件都是衝壓加工出來的。據有關調查統計,自行車,縫紉機,手表裡有80%是衝壓件;電視機,收錄機,攝像機裡有90%是衝壓件;還有食品金屬罐殼,鋼精鍋爐,搪瓷盆碗及不鏽鋼餐具,全都是使用模具的衝壓加工產品;就連電腦的硬件中也缺少不了衝壓件。
但是,衝壓加工所使用的模具一般具有專用性,有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技術要求高,是技術密集形產品。所以,只有在衝壓件生產批量較大的情況下,衝壓加工的優點才沖床加工能充分體現,從而獲得較好的經濟效益的。
當然,衝壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現在衝壓加工時產生的噪音和振動兩種公害,而且操作者的安全事故時有發生。不過,這些問題並不完全是由於衝壓加工工藝及模具本身帶來的,而主要是由於傳統的衝壓設備及落後的手工操作造成的。隨著科學技術的進步,特別是計算機技術的發展,隨著機電一體化技術的進步,這些問題一定會盡快二完善的得到解決。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比,衝壓加沖床加工工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。
(1) 衝壓加工的生產效率高,且操作方便,易於實現機械化與自動化。這是因為衝壓是依靠衝模和衝壓設備來完成加工,普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次,高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上,而且每次衝壓行程就可能得到一個衝件。
(2) 衝壓時由於模具保證了衝壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞衝壓件的表面質量,而模具的壽命一沖壓加工般較長,所以衝壓的質量穩定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
(3) 衝壓可加工出尺寸範圍較大、形狀較復雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車縱梁、覆蓋件等,加上衝壓時材料的冷變形硬化效應,衝壓的強度和剛度均較高。
(4) 衝壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設備,因而是一種省料,節能的加工方法,衝壓件的成本較低。