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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较小直径可小于0.1mm,使焦点处达到很高的功率密度可**过106W/cm2。这时光束输入(由光能转换)的热量远远**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辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助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。进入喷嘴的辅助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**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(目前使用较先进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,由于较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)。
激光切割无毛刺,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**选用;尽管它加工速度慢于模冲,但它没有模具消耗,*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精确、重现性好的优势。作为层叠模具的**制造手段,由于不需要高级模具制作工,激光切割运转费用也并不昂贵,因此还能显着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,较小的光斑可达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。
激光刀模在印后模切加工的重要性
早期产品为达到商品包装的目的,在不考虑包装外观及成型质量的前提下,对于刀模板普遍采取传统的机械线锯缝隙,手工弯制刀具、人工嵌刀的加工手法,这种传统手法是将需要的产品图纸绘制好后,通过复写纸描绘到模版多层夹板上,然后使用模版锯床按照绘制在模版上的线条进行锯割加工,而后将通过手工定型的刀具嵌装、校准。这种加工成本低,设备一次性投入少,因此目前使用非常普及,俗称手工刀模。但其加工速度慢,精度低,遇到稍为复杂图形或在同一块模版上要求排列多个简单但相同、有一定一致性和精度要求的的图形就无法加工。手工刀模较大的影响了刀模制作和后续工序的工作效率,同时成品误差较大,质量方面难以保证。因此欧美发达国家已经基本上淘汰了这种手工刀模的制作方式,全部更新为数控激光切割设备和配套电脑弯刀机加工的激光排刀模切刀模,俗称激光刀模。
近年来,随着中国加入WTO和经济**化发展,国内市场上消费者对商品包装的要求不断提高,更加趋于精密、个性以及多样化。正是这种需求,使激光数控切割配套电脑弯刀制模代替传统手工制模成为必然的发展趋势。激光刀模加工的原理是将产品的平面设计图纸(CAD模式)或实际产品经过计算机编程后,写成激光刀模切割机和配套电脑弯刀机认可的程序,并在打样设备上打出1:1的清样供技术人员校对;然后将程序输入激光刀模切割机和电脑弯刀机,激光刀模切割机将需要的几何图形在摸版上进行激光切割;电脑弯刀机将刀具预弯成型;最后通过经过培训的技术工人将预弯成型刀具嵌装到经过激光切割的模版上,通过检验、校对,一副激光刀模就加工成功了。激光刀模的特点是用电脑代替了人脑,用激光代替了传统的机械锯割加工,使产品的一致性、重复性有了质上的飞跃。
激光具有高亮度,高方向性,高单色性和高相干性的四大特性。激光束经过聚焦后可获得较高的能量密度。目前在工业上已成功地用激光束进行切割,打孔,焊接和材料表面改质处理等。其中激光切割是应用较广泛的成熟加工方法之一,它占整个激光加工的70%以上。与其它方式相比具有高速,高精度和高适应性的特点。激光切割还具有割缝细,缝隙均匀、热影响区小,切割面质量好,切割无噪音,切割过程容易实现控制自动化等优点,正适应激光刀模的加工工艺。基于激光的众多特性和优点,激光对外协作加工目前已形成一个新兴的朝阳行业,有着广阔的应用空间和市场前景。目前在包装业发展迅速的东部经济发达地区(尤其的长三角地区,珠三角地区和东部沿海城市),已拥有激光制模生产已经初具规模,承接着国内80%的精密制模业务,而且规模正在迅速膨胀,据有关部门统计,这些地区的激光制模生产线普遍存在供需日益矛盾的现象(大部分厂家每天满负荷运转仍然不能满足客户日益增长的需求,大部分厂家都有扩大规模的计划)。其他中西部地区还没有多少专业激光制模生产线,可以肯定,这些地区发展激光刀模的市场潜力巨大。
现在,也有一些企业使用了用小功率激光机在刀模模版上进行激光刀痕电脑刻绘,然后使用传统的机械锯割加工进行刀槽加工,手工嵌装刀具的,本人认为,该加工工序只是一个过度阶段,模切刀具的发展方向必将是激光排刀模切刀模。
随着企业印后摸切加工自动化改造步伐正在加快,激光刀模取代传统手工刀模是必然的发展趋势,当然,激光刀模与传统的手工刀模也将经过一个共存的阶段,只有通过这一个共存阶段,才能使激光刀模显示出其技术上的先进性和强有力的生命力,作为激光刀模的加工企业,也应该用自己*的服务,为宣传、推广这一棵新星而作出较大努力。