1. 激光切割切縫窄,工件變形小。
激光束聚焦成小光點(其直徑可小于0.1MM),使焦點處達到高的功率額度(可超過106W/cm2)。這時光束輸入(同光能轉(zhuǎn)換)的熱量遠遠超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴散部他,材料快速加熱至汽化溫度,蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動,使孔洞連續(xù)形成寬度窄(如0.1mm左右)的切縫。切邊受熱影響少,基本沒有工作變形。
切割過程中還添加與被材料相適合的輔助氣體。鋼切割時利用氧作為輔助氣體與熔融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料,同時幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一燈塑料使用壓縮空氣,棉、紙等易燃材料切割使用惰性氣體。進入噴嘴的輔助氣體還能冷卻聚焦透鏡,防止煙塵進入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致勻片過熱。
大多數(shù)有機與無機材料都可以用激光切割。在工業(yè)制造系統(tǒng)占有分量重的金屬加工業(yè),許多金屬產(chǎn),不管它具有什么樣的硬度,都可進行無變形切割 (目前使用的激光切割系統(tǒng)可切割工業(yè)用鋼的厚度已可接近20mm)。當(dāng)然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們也是好的傳熱導(dǎo)體,因此激光切割很困難,甚至不能切割(某些難切割材料可使用脈沖波激光束進行切割,由于極高的脈沖波峰值功率,會使材料對光束的吸收系數(shù)瞬間急劇提高)。
激光切割無毛刺、皺折、精度高,優(yōu)于等離子切割。對許多機電制造行業(yè)來說,由于微機程序控制的現(xiàn)代激光系統(tǒng)能方便不同形狀與尺寸的工作(工作圖紙也可修改),它往往比沖切、模壓工藝被選用,盡管它加工速度還慢于模沖,但它沒有模具消耗,無需修理模具,還節(jié)約換模具時間,從而節(jié)省加工費用,降低產(chǎn)品成本,所以從總體上講在經(jīng)濟上合算。
另一方面,從如何使用模具適應(yīng)工件設(shè)計尺寸和形狀變化角度看,激光切割也可發(fā)揮其精確、重現(xiàn)性好的優(yōu)勢。作為層疊模具的制造手段,由于不需高級模具制作工,激光切割運轉(zhuǎn)費用也并不昂貴,因此還能降低模具制造費用。激光切割模具還帶來的附加好處是橫具切邊會產(chǎn)生一個淺硬化層(熱影響區(qū)),提高模具運行中的耐磨性。激光切割的無接觸特點給圓鋸片切割成形帶來無應(yīng)力優(yōu)勢,由此提高了鋸片使用壽命。
2. 激光切割是一種高能量密度可控性好的無接觸加工。
激光束聚焦后形成具有強能量的小作用點,把它應(yīng)用于切割有許多特點:
激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內(nèi),它可提供:
(1)狹的直邊割縫;
(2)小的鄰近切邊的熱影響區(qū);
(3)小的局部變形。
其次,激光束對工件不施加任何力,它是無接觸切割工具,這就意味著:
(1)工件無機械變形;
(2)無刀具磨損,也談不上刀具的替換問題;
(3)切割材料無需考慮它的硬度,也即激光切割能力不受被切材料硬度影響,任何硬度的材料都可切割。
再次,激光束可控性強,并有高的適應(yīng)性和柔性,因而:
(1)與自動化裝備相結(jié)合很方便,容易實現(xiàn)切割過程自動化;
(2)由于不存在對切割工件的限制,激光束具有無限的仿形切割能力;
(3)與計算機結(jié)合,可整張板排料,節(jié)省材料。
3. 激光切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性。
與其它常規(guī)加工方法相比,激光切割具有大的適應(yīng)性。
與其它熱切割方法相比,同樣作為熱切割過程,別的方法不能象激光束那樣集中能量于一個極小區(qū)域,結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和較明顯的工件熱變形。激光能切割非金屬,而其它熱切割方法則不能。
氧-可燃體(如乙炔)切割,它設(shè)備體積小,投資低,可切割厚度達1m的鋼板,是靈活的切割工具。這個切割過程依靠氧與被火焰加熱到材料燃點以上溫度的基材(如鐵當(dāng)870℃溫度時在氧存在條件下開始燃燒)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這種方法主要用來切割低碳鋼,雖然可以添加化學(xué)劑或金屬粉末來促進氧化反應(yīng)以切割含鉻、鎳鐵合金,但由于它熱輸入影響大、切割速度低,很少被用來切割20mm以下要求尺寸精確的材料。
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