激光切割穿孔技术
任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基该方法：
⑴爆破穿孔：（Blast drilling），材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大,且不圆，不宜在要求较高的零件上使用（如石油筛缝管），只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。
⑵脉冲穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的是光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还需要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法有以下三种：⑴改变脉冲宽度；⑵改变脉冲频率；⑶同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，*⑶种效果较好。
关键技术二
喷嘴设计及控制技术
激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计及气流的控制（如喷嘴压力、工件在气流中的位置等）也是十分重要的因素。如今激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn（表压为Pg）的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc,最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。
可用下列公式计算：V=8.2d2(Pg+1）
V-气体流速 L/min
d-喷嘴直径 mm
Pg-喷嘴压力（表压）bar
对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力**过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向**音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度（n）两因素有关：如氧气、空气的n=5，因此其阈值Pn=1bar×（1.2）3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=（1+1/n)1+n/2时（Pn；4bar），气流正常斜激波封变为正激波，切割压力Pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔（Laval）喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器，透镜焦距2.5〃，采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验，见图4。试验结果如图5所示：分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下，切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa（或4bar）时切割速度只能达到2.75m/min（碳钢板厚为2mm）。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射，使切割压力呈周期性的变化。
关键技术三
**高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是如今工业生产中切割手扳常用的工艺参数。*二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。
综上所述，CO2激光器切割技术正在中国工业生产中得到越来越多的应用,国外正研究开发更高切割速度和更厚钢板的切割技术与装置。为了满足工业生产对质量和生产效率越来越高的要求，必须重视解决各种关键技术及执行质量标准，以使这一新技术在中国获得更广泛的应用。
刀模的制造过程
激光刀模出现之前，在以往的在刀模制作中，刀模板是用锯床加工的，一不下心，在平行移动中就会造成移位或者错位从而形成了误差；而激光刀模机的研制成功，就完全避免了这种情况的发生，因为在制作激光刀模的时候是全自动运行的，不需要人工干预，就没用了误差。
传统刀模制作是在刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制，后通过锯床锯的，在移动的过程中就会形成错位而产生误差；加工速度慢；而使用了激光切割机后，绘图设计就可以直接在计算机上进行，刀模板是由激光切割机全自动运行切割成型，不需要人工干预。误差小，速度快。对于激光刀模切割机的应用可以明显加速企业的发展，提高经济效益。
激光刀模的工作流程是： 首先在AUTOCAD或impact或其它一些针对刀模开发的软件将需要制作的刀模设计好，根据实际情况处理好，再存储为相应机器受理的文件格式，即可启动设备进行模板加工。 完成后安装模切刀线制作成刀模成品。比人工精度高很多，而且速度快，效率高！
激光刀模发生崩刃和碎裂可采取的措施有哪些？
激光刀模是目前使用较为广泛的一种刀具，虽然具有较多的优势，但是在使用中还是会出现一些问题，比如说发生崩刃和碎裂等问题。
对此，我们需要采取有效的措施进行解决。
1、改进工艺系统的刚性，包括提高机构的稳定性或改善机床的维护水平，在某种程度上，切削刃熔焊是一个可以圆满解决的问题，方法是提高切削速度，这样还可以提高生产率。
2、为了防止切屑加热到足以发生熔焊的温度，可尝试使用冷却液。其它可能采用的方法还包括采用较大的径向或轴向正前角，以减小切削力。此外还可以选用涂层刀片牌号。涂层可以减小激光刀模与工件之间的摩擦和相互发生反应的可能性。
3、切削刃熔焊是因工件材料被熔焊到刀具上而产生的。加工时切屑温度升高到足以使其软化发粘，然后又快速冷却，就会黏附在刀片上。解决方法是防止切屑变得过热，或者增加切屑温度使其在离开刀具之前不会马上冷却。
机器是需要保养的，刀模使用的技术也是保养激光刀模的一个有效措施，安全的操作很重要，这些机械在使用的时候是一种非常精密的设备，操作人员也是必须要掌握基本的操作技能，在进行操作的时候对激光刀模进行一系列的检查工作，激光刀模的日常保养和维护也非常的重要。
在每次使用之后要进行一些保养的工作，这也可以防止激光刀模的老化，每个周都要进行一次激光刀模的检测和维修，每个月或者一季度进行一次全面的检测等等，这都是保护激光刀模的一个非常有效的措施。
掌握几点刀模保养的要点：
首先，激光切割胶板后需要用水浸泡及清洗胶板的粉尘（大部分的胶板都是经过清洗后用风枪冲干就装刀的，装刀后就送货），其实在装刀前胶板需要在刀锋上涂上机油，使每条刀缝都**油的渗透，为了方便安装刀模省了这事（因为未涂机油的刀模慢慢就从底部开始生锈），但是有些刀模厂还是有把装好刀的模具表面涂上一层机油，起了保护作用。
*二：刀模在搬运过程需要刀锋面上铺垫上一层EVA或垫刀泡棉，中间用美纹胶粘紧或用皮筋把它扎好，并且在用之前较好用密封袋或泡沫盒装好，在密封袋上写上型号，尺寸，刀模生产日期，冲切次数，客户名称以及编号，方便以后存库及发放！
*三：刀模在生产完一个订单后（用完后垫刀的泡棉要去除）必须先清洗刀模，因为现在模切的材料大部分都是带胶的，而且是酸性的，对刀刃有腐蚀性，必须喷上防锈油，不然肯定会生锈；
*四：长时间不用的刀模要定期去维护，每次清理后需喷上模具**防锈油并统一入模具库；
*五：雕刻刀模要看当地环境来喷油，一般一周一次，喷油后用油纸包裹并平放；
*六：蚀刻刀建议放入塑封袋中，袋中加入小袋干燥剂；
*七：圆刀刀模，拆下需喷上防锈油，中间需用油纸和泡棉包好，两边用夹头固定，用一个胶盒或木箱装好；
*八：存放刀模的地方需要货架统一摆放，不可堆放太高太挤，并有明示标牌，环境通风，不能受潮，较好是恒温恒湿。
激光穿孔
1、穿孔的难度
在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。板越厚，穿孔就越不稳定。可以说，板厚大于12.Omm的厚板切割中，发生加工不良现象的70%起因于穿孔不好。为了实施稳定的穿孔，在这里对穿孔的加工特性进行说明。
2、穿孔的原理
在穿孔过程中，贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程，到缓慢加热进行穿孔作用，直至最后的贯通是连续进行的。这个方法，如果板件厚度大于9.Omm，则穿孔时间就会急剧增加，但是孔径约为0.5mm，比切口窄，热影响也小。因此，如果增加加工能力，加大输出能量，熔融金属就很难全部从孔径上部排出，出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置，增大加工孔径，迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属，飞散到被加工物表面上，但却大幅度缩短了加工时间。
在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。在穿孔加工过程中，照射的激光在穿孔中多重反射，边被吸收边向下传播。为了缩短穿孔时间，就要补充被孔壁吸收而
被减弱的能量，即在穿孔过程中有必要增加输出功率。而且，为了减少对孔壁周围的热影响，要在增加输出功率的同时，尽可能的缩短穿孔时间，减少激光对孔壁周围的照射。
3、 对付穿孔中出现缺陷的四个原则
穿孔过程中出现缺陷时，有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。
（1）缺陷发生的瞬间
要确认是在穿孔的过程中，还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的，则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况，来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前，那是因为贯通之前切换到切割条件，有必要延长穿孔时间。
如果切割开始时发生加工缺陷的现象，那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过，所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。
（2）缺陷产生的位置
如果在加工平台的特定位置，集中出现穿孔缺陷，那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。
如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔，由于加工位置温度过高，也会造成穿孔缺陷。温度越高，缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序，改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。
（3）发生穿孔不良的时间
随着加工时间的推移，加工不良的发生次数只见增加不见减少时，其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能恢复的话，其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件，并与供应商联系。
（4）发生穿孔不良的材料
对于发生穿孔不良的材料，要确认过去是否进行过良好加工，确认记录很重要。如果有过去加工的记录，就不需要调整加工条件，可以认定是加工机和光学部件的缺陷，进行检查找出原因。
4、适当的穿孔条件
被加工物的厚度越厚，穿孔时间在整体加工时间中所占的比例就会增加，对缩短穿孔时间的要求就会提高。对穿孔时间缩短有效的加工条件参数是脉冲峰值输出功率和脉冲波形及平均输出功率。
5、 防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物
在切割不锈钢时，孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣，在镜面及条纹表面材料上会出现划伤。而且，须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时，会出现对焦异常的报警。
6、 高反射材料穿孔时的注意事项
在切割铜、纯铝等高反射材料时，需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果，而且从安全的角度上也有抵制反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率，提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过增大气体压力，使熔融金属挤入板件内部，提高加工能力的效果。
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