浅论固体激光切割加工效果的影响因素

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1、浅论固体激光切割加工效果的影响因素浅论固体激光切割加工效果的影响因素【摘耍】由于激光切割具有高速、高精度和高适应性等优点，它被广泛应用于汽车行业、船舶行业、航空航天、军用设备等许多领域中。文章简单概述了激光切割技术的发展现状，并从激光切割参数等方面探讨了切割速度、离焦量、辅助气压、激光功率等因素对切割质量的影响，在实际加工屮有一定的指导意义。【关键词】激光切割；加工效果；影响因素激光技术是自20世纪60年代初问世后便发展迅猛的一门新兴科学技术。在实际生产中，激光切割加工是激光行业应用最为广泛也是最重要的一

2、项特种加工技术，占整个激光加工的70%左右。与传统的切割方法相比，其具有许多优点：(1)速度快，用1200W激光功率切割2mni厚的碳钢板速度可达5~6m/min,切割5mni厚的有机玻璃速度可达12m/min；(2)切割质量好，切口宽度窄(一般为0・1〜0・5価)、切口表面粗糙度良好(一般呛为3.2〜25um)；(3)效率高，激光切割无需刀具和模具，是非接触加工；(4)柔韧好，结合CAD技术，可以切割任意形状、尺寸的板材⑴。激光切割过程相当复杂，JFieret先生曾总结了近50种影响因素［2］。在众多影

3、响因索中，主要为切割速度、激光功率、焦距位置和辅助气压。本文综述了国内外激光切割的现状，分析了各参数对切割质量的影响规律。1激光切割技术的发展现状近年来，激光切割技术在各个领域发展迅速，从2011年中国国际工业博览会(CIIF2011)之金属加工与数控机床展览会上看出，激光加工机床在金属和非金属加工中占据了相当大的比重。其中在汽车工业中的应用最具有代表性,从汽车顶棚的激光焊接、挡风板的激光切割、底板的激光拼焊以及车身覆盖件三维轮廓的激光切割等。激光切割加工中没有“刀具”的磨损，工件不受切割力的影响。相对传

4、统方法，激光切割的切割效率可以提高8〜20倍,更能够节省15%〜30%的材料。欧洲、美国、和日本等工业较发达国家的激光加工机和工业激光器的生产和销售也在逐年递增，应用的领域越来越广泛。在全球用于激光加工领域的工业激光器中有超过40%的激光器是用來作切割的。相比而言，H木在激光加工工艺等方面的研究更是走在世界的前列，在车门制造过程中使钢板切割、焊接和压模成形一体化，而且取得了很大的进展［3］。在激光切割工艺研究方面，主要集中对激光输出功率、焦点位置、激光模式以及喷嘴形状等问题的研究。早在20世纪70〜80年

5、代,美国、H本以及德国等国家已经在大量切割工艺试验的基础上，建立激光切割工艺数据库，在90年代初期国外就相应推出了一些高性能的激光切割系统［4］o国内激光切割机技术含量和质量较高的制造商寥寥无儿，且大多停留在中低水平。目前主要集中在样板的切割与覆盖件的下科，在激光三维切割技术方面的研究与应用才逐渐起步。国产激光切割机的激光器功率较低，最大仅能达到4000W,而国际上先进的激光器即德国通快公司制造的激光器最大功率已经达到了20000W。同国外激光切割机相比表现为切缝宽，表面质量、机械精度、整机的稳定性、柔性

6、较差。因此，继续深入研究和开发较高质量的国产激光切割机是一项非常重要和迫切的任务。2激光切割参数对切割质量的影响2.1切割速度的影响激光切割加工中，切割速度对切割材料的质量有相当大的影响，理想中的切割速度会使切割面呈现比较平稳的线条，且材料下部不会出现熔渣。当辅助气体气压和激光功率一定时，切割速度与切缝宽度呈现出一种非线性的反比关系,当切割速度比较慢吋，激光能量在切缝的作用吋间延长，从而导致切缝宽度增大，当速度过慢时，激光束作用吋间太长，工件的上切缝和下切缝相差就会很大，切割的质量下降，纶产效率也将大大降

7、低。随着切割速度的升高，激光束能量在工件上的作用时间变短，这样便使得热扩散和热传导效应变小，从而切缝的宽度也相应变小。当速度过快吋，被切割的工件材料就会由于切割热量输入的不足出现切不透的情况，这种现象属于不完全切割，并且熔化的材料不能及时被吹掉，这些熔融物将会使切缝重新焊接。2.2焦点位置的影响焦点位置是激光焦点到T件表面的距离，它直接影响到切面粗糙度、切缝的坡度和宽度以及熔融残渣的附着状况。如果焦点位置太超前，这样会使被切割的工件下端所吸收的热量增多，在切割速度和辅助气压一定的情况下，会导致被切割的材料

8、和切缝附近被融化的材料呈液态在下表面流动，冷却后被熔化的材料则会呈球状沾附在工件的下表面;若位置滞后，被切割的材料下端面所能吸收的热量减小，这样切缝中材料就不能完全融化，在板材下表面就会粘附一些尖锐而短小的残渣。通常情况下，焦点位置应在工件表面或稍微偏下一点，但不同的材料要求不一样，切割碳钢时，焦点在板材表面时切割质量较好；而不锈钢切割时，焦点应在板材厚度的1/2左右吋效果更佳。2.3辅助气压的影响激光切割加工中，辅助气压能吹