激光切割加工技术详解
激光切割技术是利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。
简介
利用激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢，在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢，但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。切割的较大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸误差较大。
激光切割设备的价格相当贵，约150万元以上。但是，由于降低了后续工艺处理的成本，所以，在大生产中采用这种设备还是可行的。由于没有刀具加工成本，所以激光切割设备也适用生产小批量的原先不能加工的各种尺寸的部件。激光切割设备通常采用计算机化数字控制技术(CNC)装置，采用该装置后，就可以利用电话线从计算机辅助设计(CAD)工作站来接受切割数据。
原理
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
激光汽化切割
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于较薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
激光熔化切割
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等)，依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
激光氧气切割
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
特点
激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。具体概括为如下几个方面。
⑴ 切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
① 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
② 切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，*机械加工，零部件可直接使用。
③ 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
⑵ 切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。
⑶ 切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min;切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。
⑷ 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。
⑸ 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。
⑹ 缺点
激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。
激光切割设备费用高，一次性投资大。
主要特性
切缝窄工件变形小
激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。这时光束输入的热量远远**过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，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的切缝。切边受热影响很小，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汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔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汽体。进入喷嘴的辅助汽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**与无机材料都可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。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。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，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被**选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。
无接触加工
激光束聚焦后形成具有较强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。首先，激光光能转换成惊人的热能保持在较小的区域内，可提供
⑴狭的直边割缝；⑵较小的邻近切边的热影响区；⑶较小的局部变形。
其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着⑴工件无机械变形；⑵无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；⑶切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而⑴与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；⑵由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；⑶与计算机结合，可整张板排料，节省材料。
适应性和灵活性
与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。首先，与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个较小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。
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。
激光技术详解3
激光的特点
（一）定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度较小，大约只有0.001弧度，接**行。1962年，人类**次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。
（二）亮度较高
在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度较高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能**过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度较高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率较强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度较高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个较小的空间范围内射出，能量密度自然较高。 激光的亮度与阳光之间的比值是**的，而且它是人类创造的。
激光的颜色
激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发出激光的活性物质，即被刺激后能产生激光的那种材料。刺激红宝石就能产生深玫瑰色的激光束，它应用于医学领域，比如用于皮肤病的**和外科手术。公认较贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束，它有诸多用途，如激光印刷术，在显微眼科手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光，因此我们的眼睛看不见，但它的能量恰好能"解读"激光唱片，并能用于光纤通讯。
激光分离技术
激光分离技术主要指激光切割技术和激光打孔技术。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间，可获得105~1015W/cm2较高的辐照功率密度，利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一，已成为一项拥有特定应用的加工技术，主要运用在航空、航天与微电子行业中。
（三）颜色较纯
光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性**，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色较纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远**过任何一种单色光源。
（四）能量密度较大
光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.电磁波谱可大致分为： （1）无线电波——波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波；（2）微波——波长从0.3米到10^-3米，这些波多用在雷达或其它通讯系统；（3）红外线——波长从10^-3米到7.8×10^-7米；（4）可见光——这是人们所能感光的较狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波较少的那一部分；（5）紫外线——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应较强；（6）伦琴射线—— 这部分电磁波谱，波长从2×10^-9米到6×10^-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的；（7）伽马射线——是波长从10^-10～10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由此看来，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。
激光的其他特性
激光有很多特性：首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。
激光（LASER）是上世纪60年代发明的一种光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。激光器有很多种，尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦－氖激光器和氩激光器；固体激光器有红宝石激光器；半导体激光器有激光二极管，像CD机、DVD机和CD-ROM里的那些。每一种激光器都有自己*特的产生激光的方法。
切割工艺
汽化切割
在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通过这种汽化切割方法切割成形的。
汽化切割过程中，蒸汽随身带走熔化质点和冲刷碎屑，形成孔洞。汽化过程中，大约40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被气流驱除的。
熔化切割
当入射的激光束功率密度**过某一值后，光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞。一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围，然后，与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。激光束继续沿着这条缝的*照射，熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走。
氧化熔化
熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，称为氧化熔化切割。具体描述如下：
⑴材料表面在激光束的照射下很快被加热到燃点温度，随之与氧气发生激烈的燃烧反应，放出大量热量。在此热量作用下，材料内部形成充满蒸汽的小孔，而小孔的周围为熔融的金属壁所包围。
⑵燃烧物质转移成熔渣控制氧和金属的燃烧速度，同时氧气扩散通过熔渣到达点火*的快慢也对燃烧速度有很大的影响。氧气流速越高，燃烧化学反应和去除熔渣的速度也越快。当然，氧气流速不是越高越好，因为流速过快会导致切缝出口处反应产物即金属氧化物的快速冷却，这对切割质量也是不利的。
⑶显然，氧化熔化切割过程存在着两个热源，即激光照射能和氧与金属化学反应产生的热能。据估计，切割钢时，氧化反应放出的热量要占到切割所需全部能量的60%左右。
很明显，与惰性气体比较，使用氧作辅助气体可获得较高的切割速度。
⑷在拥有两个热源的氧化熔化切割过程中，如果氧的燃烧速度**激光束的移动速度，割缝显得宽而粗糙。如果激光束移动的速度比氧的燃烧速度快，则所得切缝狭而光滑。
控制断裂
对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
要注意的是，这种控制断裂切割不适合切割锐角和角边切缝。切割特大封闭外形也不容易获得成功。控制断裂切割速度快，不需要太高的功率，否则会引起工件表面熔化，破坏切缝边缘。其主要控制参数是激光功率和光斑尺寸大小。
切割程序
1、交点位置的检出。激光切割前需先根据材质调整光束焦点在工件上的位置，由于激光束，特别是CO2气体激光，一般肉眼看不到，可采用楔形丙烯块检测出焦点位置，然后调节割炬的高度，使焦点处于设定位置。
2、穿孔操作要点。世纪切割加工时，有的零件从板材的内部开始切割，这就要先在板材上打孔。一种方法是采用连续激光，在薄板上穿孔，可以用正常的辅助气体压力，光束照射0.2~1s就能贯穿工件，然后即可转入切割。当工件厚度较大（如板厚为2~4mm）时，采用正常的气体压力穿孔，在工件表面上会形成尺寸比较大的溶坑。不但影响切割质量，而且熔融物质溅出可能损坏透镜或喷嘴。此时宜适当增大辅助气体的压力，同事略微增大喷嘴的孔径与工件的距离。这种方法的缺点是气体流量增加并使切割速度降低。
3、防止工件锐角转折处的烧熔。用连续激光切割带有锐角零件时，如切割参数匹配或操作不当，在锐角的转折处很容易发生自烧熔，不能形成转角处的尖角。这不仅使该部位的质量变差，而且还会影响随后的切割。解决这一问题的方法是5竞争优势
激光切割机是钣金加工的一次工艺革命，是钣金加工中的“加工”；激光切割机柔性化程度高，切割速度快，出产效率高，产品出产周期短，为客户赢得了广泛的市场，该技术的有效生命期长，国外**过2毫米厚度的板材大都采用激光切割机，很多国外的*一致以为今后30-40年是激光加工技术发展的黄金时期。
一般来讲，建议以12mm以内的碳钢板、10mm以内的不锈钢板等金属材料切割推荐使用激光切割机。激光切割机无切削力，加工无变形：无刀具磨损，材料适应性好：无论是简朴还是复杂零件，都可以用激光一次精密快速成型切割：其切缝窄，切割质量好，自动化程度高，操纵简便，劳动强度低，没有污染：可实现切割自动排样、套料、进步了材料利用不锈钢屏风厂家率，出产本钱低，经济效益好。
激光切割机选购要考虑的因素很多，除了要考虑目前加工工件的较大尺寸、材质、需要切割的较大厚度以及原材料幅面的大小外，更多的需要考虑未来的发展方向，比如所做产品的技术改型后要加工的较大工件大小、钢材市场所提供材料的幅面针对自己的产品哪种较省料，上下料时间等等。
题！
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