切割速度18000mm/min
切割精度±0.05mm
切割刀缝0.45mm, 0.71mm, 1.05mm…等,可调控
工作气体氦气He 氮气N2 二氧化碳CO2
机床尺寸3000×2300×1800mm
国内激光产业现状及应用产业链分析
世界上台激光器诞生于1960年,我国也于1961年研制激光器,距今已有半个世纪了。50年来,激光技术与应用发展迅猛,已与多个学科相结合形成多个应用技术领域,比如光电技术,激光与生物光子学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、**快激光学、激光化学、**光学、激光、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光等等。
这些交叉技术与新的学科的出现,大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。经过近50年的艰苦努力,我国激光技术研究获得重大突破,激光产业也从无到有,我国激光加工产业一直呈指数增长,成为我国科学技术应用领域中活跃的产业之一。
目前,全国共有5个激光技术研究中心,10多个研究机构;有21个省、市生产和销售激光产品,常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。
目前国内激光企要集中在湖北、、江苏、上海、和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市。已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲激光产业群,激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
激光应用主要分为工业、、商业、科研、信息和军事六个领域。我国激光加工产业规模十几年间增长了近500多倍。在工业激光应用中,主要有材料加工和测量控制两大类。
激光材料加工则是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光微加工和激光标刻。
激光材料加工技术是涉及到光、机、电、算、材料及检测等多门学科的一门综合技术。发展激光技术,推动激光应用,我们不能只从某一方面来谈,而是要综合这些学科全盘考虑。为了便于描述和研究,抓住典型,我们以激光产业链为主线索来谈激光技术的发展,但激光产业链也还是一个大课题,我主要分析工业激光应用系统的产业链。
工业激光应用系统的产业链应该由下面四个方面组成:激光应用、激光加工系统、激光器和激光配件。可以看到,每一个激光应用领域都可以形成一个产业链,每一个产业链一定包括激光加工系统、激光器和激光配件。现在,成熟的激光产业链应该是工业激光应用的产业链,它包括激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链、激光表面处理产业链、激光打孔产业链等等。
所以任何一个小的产业链都有它自身的发展过程和特点,该链中的每一个环节都很重要,任何一个环节发展不充分或发展滞后,这个产业链就不完整,就很难得到蓬勃发展。
目前国内有很强的激光切割机生产能力,包括设计制造切割系统、导光系统工作台运动系统及其关键零部件,也有很强的软件开发能力,生产高功率二氧化碳激光切割机典型企业包括武汉法利莱、楚天激光、上海团结普瑞玛、深圳大族等,但切割机中的二氧化碳激光器和聚焦镜则大部分依靠进口,切割机中几乎一半的成本是激光器,所以我们基本上是在中国“打洋工”,很大部分利润被外国公司拿走了。
就高功率二氧化碳激光器的功率指标来看,武汉科威晶可以生产高达4kW的激光器和正在开发7kW激光器,南京东方可以生产4kW激光器,南京通快可以生产3200W激光器。
但这些公司含有合资或引进国外技术的成分,激光器中的关键零部件也是依靠进口,比如风机和谐振腔镜片等。在低功率二氧化碳激光切割应用中,我国是产销量大的国家,不仅**国内市场,并且大量出口,形成了成熟的中小功率二氧化碳激光切割机产业链,包括系统集成、激光器生产和相关的激光配件。
典型厂家有武汉众泰、三工、金运、东莞粤铭、济南金威刻等,但我们的产品也是以低端的直流激励的玻璃管二氧化碳激光器为主,价格低,品质一般,而的射频激励二氧化碳激光器只有南京晨锐达一家可以生产和供应市场,但产量很小,高功率只有50W。
值得庆幸的是,与之相关的激光配件如光学元器件、运动系统和控制软件等已经相当成熟。
高功率Nd:YAG激光切割是近年来中国激光产业发展较快的一个新型产业链,主要动力来源于薄钢板切割和高功率Nd:YAG激光器发展的相对成熟。
在5mm以下钢板切割中,使用固体激光器切割机整体投资较低,适合中小企业自主采购。现在主要用的是500W脉冲固体激光器,该激光器相关的产业如激光电源、金属和陶瓷泵浦腔等也发展比较成熟,质量也已达到产业化要求。
激光器和配件的主要厂家有武汉新特、中谷、华泽宏大等,典型激光切割机厂家有武汉华俄、奥华、华工激光、天琪、金运、广州瑞通等,武汉在全国具有优势,在开发生产高功率固体激光器和切割机的厂家也比较多。主要元器件都是国产的,所有产品在价格上很有优势。目前,攻关主要是在高功率下怎样获得高光束质量和高峰值功率,以便取得更好的切割质量。
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激光刀模的发展
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、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。
激光在刀模的原理和应用
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;电脑弯刀机将预弯成型;后通过经过培训的技术工人将预弯成型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。
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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,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:
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,好是恒温恒湿。
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激光的应用领域
国外除上述应用外,还在不断扩展其应用领域。
⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人,切割空间曲线,开发各种三维切割软件,以加快从画图到切割零件的过程。
⑵为了提高生产效率,研究开发各种切割系统,材料输送系统,直线电机驱动系统等,如今切割系统的切割速度已**过100m/min。
⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用,切割低碳钢厚度已**过30mm,并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术,以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。
关键技术一
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。
激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决以下几项关键技术:
焦点位置控制技术
焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的碳钢,焦点在表面之上;6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些的装置供用户选用:
⑴平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
⑵在切割头上增加一立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。
⑶控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。
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