雷射切割初學者基礎知識指南

最後更新: 2024-02-28 6 分鐘閱讀

什麼是雷射切割?定義、類型、特徵、用途

在本文中,您將了解雷射切割的基礎知識,包括定義、工作原理、類型、特點、應用和未來趨勢。

雷射切割

定義

雷射切割 是利用聚焦的高功率密度雷射光束照射被切割材料,使材料迅速升溫並達到燃點,然後熔化、燒蝕、氣化、蒸發而形成孔洞的熱切割方法。當光束在材料上移動時,孔逐漸長大,形成更窄的切縫,同時,熔化的材料被高壓工作氣體吹走,完成平滑、乾淨的切割。

原則

雷射利用物質激發來產生光束。這束光束具有很強的溫度。當接觸到材料時,它能在材料表面迅速熔化,形成孔洞。根據套準點的移動,形成切割。與傳統切割方式相比,此切割方式間隙較小,可節省大部分材料。然而,分析是根據切割效果來定義的。根據雷射切割的材料,切割效果滿意,精度高。這繼承了雷射的優點之外,也是普通切割方式無法比擬的。

類型

雷射切割有四類:氣化切割、熔化切割、氧氣切割、劃線和控制斷裂。

1.雷射汽化切割

利用高能量密度雷射光束加熱工件,溫度迅速升高,在極短的時間內達到材料的沸點,材料開始汽化形成蒸氣。這些蒸氣的噴射速度非常大,在噴射蒸氣的同時,在材料中形成切口。材料的汽化熱一般很大,因此雷射汽化切割需要很大的功率和功率密度。

汽化切割多用於極薄的金屬材料和非金屬材料(如紙張、布料、木材、塑膠和橡膠等)。

2.雷射熔化切割

熔化切割時,透過雷射加熱使金屬材料熔化,然後透過與光束同軸的噴嘴噴射非氧化性氣體(Ar、He、N等),透過強大的壓力將液態金屬排出氣體形成切口。雷射熔化切割不需要使金屬完全汽化,所需能量僅為汽化切割的1/10。

熔化切割多用於不易氧化的材料或活性金屬,如不銹鋼、鈦、鋁及其合金。

3.雷射氧氣切割

雷射氧氣切割的原理與氧乙炔切割相似。它利用雷射光束作為預熱熱源,以氧氣等活性氣體作為切割氣體。一方面,吹出的氣體與切割金屬相互作用,發生氧化反應,釋放大量的氧化熱;另一方面,熔融的氧化物和熔體從反應區吹出,在金屬上形成切口。由於切割過程中氧化反應產生大量熱量,雷射氧氣切割所需能量僅為 1/2 是一種熔化切割的先進技術,切割速度比氣化切割和熔化切割快得多。雷射氧氣切割多用於碳鋼、鈦鋼、熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

4. 雷射劃片和控制斷裂

雷射劃片是利用高能量密度的雷射掃描脆性材料表面,使材料受熱蒸發出小槽,然後施加一定的壓力,脆性材料就會沿著小槽破裂。用於劃線的雷射通常是 Q 開關的 CO2 雷射。

斷裂控制是利用雷射開槽產生的陡峭溫度分佈,在脆性材料中產生局部熱應力,使材料沿著小槽斷裂。

產品特性

與其他熱切割方法相比,雷射切割具有切割速度快、切割品質高的特性。具體概括為以下幾個方面。

1.切割品質好

由於切割光斑小、能量密度高、切割速度快,可獲得較高的切割品質。

一個。切割切口窄,切縫兩側平行且垂直於表面,切割件尺寸精度可達±0.05mm.

b.切割表面光滑潔淨,表面粗糙度僅數十微米,無需機械加工,零件可直接使用。

c.材料雷射切割後,熱影響區寬度很小,切縫附近材料的性能幾乎不受影響,且工件變形小,切割精度高,切縫幾何形狀良好,且狹縫的截面形狀較為規則的矩形。

2、切割效率高

由於傳動的特點,雷射切割機一般配備多個數控工作台,整個切割過程可實現全數控控制。操作時,只需改變數控程序,即可適用於不同形狀零件的切割,既可以二維切割,又可以三維切割。

3.切割速度快

使用功率為1的雷射200W 切 2mm 厚低碳鋼板,切割速度可達600cm/min;切割 5mm 厚聚丙烯樹脂板,切割速度可達1200cm/min。切削時材料不需裝夾固定,不但可節省工裝夾具,而且可節省上下料輔助時間。

4.非接觸式切割

割炬與工件無接觸,不存在刀具磨損。對於加工不同形狀的零件,不需要更換“刀具”,只需改變雷射的輸出參數即可。切割過程噪音低、振動小、無污染。

5.切割材料種類較多

與氧乙炔切割及等離子切割相比,雷射可切割材料種類較多,包括金屬、非金屬、金屬基與非金屬基複合材料、皮革、木材及纖維等。但對於不同的材料,由於其熱物理性質不同,對雷射的吸收率不同,因此表現出不同的雷射切割適應性。

應用領域

大多數雷射切割機都由CNC程序控製或製成切割機器人。雷射作為一種精密的加工方法,幾乎可以切割所有的材料,包括薄金屬板的二維切割或三維切割。

在汽車製造領域,車頂窗等空間曲線切割技術已廣泛應用。德國大眾公司使用功率為 500W 用於切割複雜形狀的車身板材和各種彎曲零件。在航空航太領域,雷射技術用於切割特殊航空材料,如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不銹鋼、氧化鈹、複合材料、塑膠、陶瓷和石英等。雷射切割的航太零件有引擎火焰管、鈦合金薄壁機匣、飛機框架、鈦合金蒙皮、機翼桁架、尾翼板、直升機主旋翼、太空梭陶瓷隔熱瓦等。

雷射切割技術也應用於非金屬材料領域。不僅可以切割高硬度、高脆性的材料,如氮化矽、陶瓷、石英等;柔性材質也可進行切割加工,如布料、紙張、塑膠板、橡膠等,如雷射切割服裝,可節省服裝10%~12%,提高效率超過3倍。

趨勢

1.雷射切割機將繼續劃時代的產品革命。

雷射光源是切割機的核心部件,也是決定雷射切割機類型和切割能力的重要指標。不用說,未來雷射切割機的變化也將發生在雷射光源上。如上所述,替換 CO2 雷射切割機 光纖雷射切割機的誕生是雷射切割機誕生40年來最重要的技術革命,為該領域的生產廠家和新舊用戶帶來了劃時代的經濟效益。那麼,未來是否會出現一種比光纖雷射更便宜、性能更好、光束模式更優異、電光轉換率更高或綜合成本更低的新光源呢?答案當然是肯定的。然後問,什麼樣的雷射?當然,現在還無法給出準確的答案。科技有時步履蹣跚,有時日行千里。

2.高功率光纖雷射將成為雷射切割市場的主力。

如今,各種功率範圍的光纖切割機都迎來了長足的發展。然而,未來雷射切割機的主流力量在哪裡?雖然各個功率範圍的機器都有各自的用途,但以高功率光纖雷射起家並引發全球雷射技術革命的雷射家族,都把更高功率、更高精度、更大切割能力作為重要發展之一光纖雷射切割機的方向。 STYLECNC 最近推出了15KW 超高速 光纖雷射切割機,在切割速度和切割厚度上實現了前所未有的突破,引起了業界的關注。這是否蘊藏著雷射切割機未來的發展趨勢?值得業界專家、學者和用戶朋友期待。此外,我們可以確信,在不久的將來,許多國內外光纖雷射切割機製造商將迎來激烈的市場競爭。只有產品品質過硬、持續注重研發投入、掌握核心競爭技術的企業才能立於不敗之地。

3、智慧時代即將來臨。

無論是德國的工業4.0,或是中國的智慧製造,工業領域的第四次工業革命正在到來。作為高精度 數控雷射切割機,雷射切割機必將與時俱進,與科技共飛。雷射切割自動化的發展大大提高了鈑金車間的生產能力和自動化水準。

未來,在此基礎上,網路技術、通訊技術、電腦軟體技術等領域正在醞釀一個雷射切割機智慧製造時代。可以預見的是,作為精密鈑金下料的手段,必然會利用自身的網路通訊能力與工廠的板材開捲線、折彎機、數控沖床、焊接(鉚)接機組、拋丸塗裝線進行通訊。其他設備,嵌入統一的生產計畫、任務和考核管理系統,成為鈑金車間管理系統的重要組成部分。因此,雷射製造商將逐漸轉型為鈑金製造承包商。

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