激光二维切割工艺的优化

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1、万方数据洪都科技HONGDUSCIENCEAND’I’ECHNOLOGY20()3激光二维切割工艺的优化刘红山许兰峰(华中科技大学武汉430074)摘要主要阐述了如何选取合适的激光二维切割加工工艺参数，如：激光器工作气体、激光器功率大小、光斑模式情况、辅助气体、激光焦点离工件的距离、加工板材性质及厚度、二维cAD／cAM控制系统等，以便达到最佳的切割质量及最少的气体消耗。关键词激光切割、工艺参数光斑模式LASERTWo—DIM吣N’nONALCUTTDiGTECHNoLOGYoPTDdIZATIONLiuHongshanXuLanfeng(HuazhongUniversityof

2、Science＆Technology)Abstract弧ispaperismainlytodescribehowtoselecttheapprDp^atelasert’Vo—dimensionalcuttingtechnologyparameterssuchaslaseroperationgas，laserpowermag。nitude，facula(opticalspot)modestatus，au)【iliar)rgas，distancebetweenlaserfocusandworkpiece，machinedsheetprDperty肌dthickness，two—dim

3、ensionalCAD／CAMcon埘system，etc．soastoachievethemostoptimalcuttingqualityandmin．gasconsumption．Kq7wardsLasercu￡￡ingTbchnologyparameferFacula(op“calsp0￡)mode1引言激光切割时，能量以光的形式集中成一条高密度的光束，光束传递到工件表面，产生足够的热量，使材料熔化，从而达到切割的目的。激光切割是应用最广泛的切割技术之一，它具有切缝窄、热影响区小、热变形小、切割速度快等优点。如何根据加工对象材质及加工要求获取最佳的加工工艺参数，得到最好的

4、加工质量和效率，其途径有六条。2激光器功率大小及光斑模式选择2．1激光器功率调节及选择16万方数据第l期刘红山许兰峰：激光二维切割工艺的优化激光器的功率标志着切割力的大小，其调节范围由激光器决定。激光器工作时，为使激光输出功率为最佳模式，可以调节输出窗口。一般的激光器在接近额定功率时的光斑模式较好，效率也高，所以一般情况下应尽可能选取大的功率。2．2光斑模式选择高功率横流CO：激光器通常采用稳腔结构，而任何一个球面腔等价于一个共焦腔，当腔的菲涅耳数大于l时，输出激光可近似用拉盖尔一高斯光束描述。镜片上光斑半径近似为表1中的值。其中w一-，w⋯：为腔镜上TEM。高阶横模光斑半径；w

5、山w。：分别为腔镜上基模光斑半径，且w。-=(L入／1T)1／2{昏／[g-(1一gl昏)】}“4w鲁2=(队／1T)Ⅳ2{鄹／【gl(1一gl咎)】}1／491=l—L／rl昏=1一L／r2其中：L、rl、r2分别为腔长和腔镜的曲率半径。表l光斑半径ModeTEM∞TEMloTEM20TEMolTEMllTEM2，TEM02Wmml、．2W5l、●21．50w

6、I、。21．77w．1、-21．92w。1、。22．21w。l、。22．38w．1。22．43wIl、．2所以，在腔内设置光阑以限制高阶模振荡获得低阶模甚至单模输出是一种简单而常用的方法，这时大部分高阶模被抑制了，光束质

7、量得到明显的改善。如上所述，光斑模式决定了激光光束的质量，对切割的能力、切缝的大小及切口的粗糙度等有极大影响。因用于二维切割，光斑模式最好采用准基模，其值为1．2kw，未聚焦前光斑尺寸(窗口处)约为巾18mm，比低阶模及多模直径小多了，并且其光束发散角也小，这两方面都极大地提高了切割精度和切割质量。3切割速度的选择切割速度是一个至关重要的工艺参数。切割时，需要根据激光器功率大小和工件的厚度确定激光加工的合适切割速度。当切割速度选择过小时，由于光束在同一位置作用时间过长，能量聚焦会使切割面产生裂纹或烧焦现象；而切割速度选择过大，则不能切断工件。因此，加工速度的选择，应综合考虑激光器

8、切割时的加工速度与其输出功率的关系。例如，对1．3mm厚的铝板，切割速度选用762cm／min；对0．6mm厚的铜板，切割速度为216cm／min时，可保证没有熔渣；对厚度为3．2mm的铜板，切割速度应为25．4cm／min。对sTl2规格的钢板，当激光输出功率为600w时，经过实验，我们测得如图1的数据。由图1可知，当激光输出功率一定时，板材厚度与切割速度成反比，随着板材厚度增加，为获得较好的切割精度，则应相应地降低其切割速度。对厚度为0．8mm的STl2钢板，我们测得其输出功