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影响激光切割质量的主要因素分析

作者:admin 发布日期:2019/3/14 关注次数: 二维码分享

近年来,激光切割技术在我国加工领域得到迅速发展和应用,它具有切割速度快、切口宽度窄、适用范围广、精度高等诸多优势。但随着生产的发展和新工艺的应用,对激光切割质量的要求越来越高,这对切割工艺规范的选取提出了更高的要求。激光切割加工过程非常复杂,影响因素又很多,如果控制不当,其切割质量和精度将受到很大影响,无法满足实际的加工要求。因此为了获得更好的切割效果,全面系统地研究、分析影响激光切割质量的因素,进而在加工中重点控制就显得尤为重要了。





1.激光切割品质指标

(1)切割表面粗糙度。是反映切割品质的一个重要指标,用Rz表示。

(2)切口宽度。切口宽度主要取决于光束模式和聚焦光斑的直径,切割参数也有一定影响。

(3)切口锥度。当切割参数选择不当,或辅助气体压力不足时,切口容易呈上宽下窄的锥度,如图1所示。但对薄板切割来说,这不是一个很难解决的问题

2.切割面粗糙的评价基准

对于厚度在2mm以上的板材激光切割,切割面粗糙度分布是不均匀的,沿厚度方向差别很大,切割面的形貌分为截然不同的两部分,上部表面平整光滑,切割条纹整齐、细密,粗糙值小;下部分切割条纹紊乱,表面不平整,粗糙度值大。如图2所示。

由此可见,靠近下缘位置,是切割面粗糙度值最大位置,是切割面品质的薄弱环节,因此在评价切割面品质时,应以下缘表面为基准,目前国内多采用聚下缘1/3处的粗糙度为基准。

3.影响切割品质的主要因素分析

影响激光切割品质的主要因素,大致可分为两类:激光切割系统性能的影响和激光切割参数的影响。本文主要研究激光切割参数对切割品质的影响。

3.1 焦点位置对切割面粗糙度的影响分析

选取激光功率500W,对2.3mm厚软钢进行切割实验,切割速度2m/min,焦点距离63.5mm。实验得出点阵图如图3所示。

图3 焦点位置对切口表面粗糙度的影响

分析得出结论:由图3得出切口光洁范围是:0.988<ab<1.003,所以一般切割常将焦点置于工作表面下1mm的范围。

3.2 激光功率和切割速度对切口宽度的影响分析

分别试用激光功率400W、600W、800W、1200W、1600W切割机,对1mm厚低碳钢板进行切口实验;另用激光功率600W采用不同切割速度切割机,对1mm厚低碳钢板进行切口试验实验。两数据如表1、表2所列。

分析以上两表格数据,可得出结论:切口的宽度随激光功率的增加而增大,随切割速度增加而减小。

3.3 激光功率对切割面粗糙度的影响

分别试用400W、600W、800W、1000W、1200W、1600W几个激光功率,采用3m/min的切割速度,对2mm厚低碳钢板进行切割实验,分析近下缘处粗糙度。分析数据如表3所列。

表3 不同功率切割产生切割面粗糙度数据记录表

分析表3数据,可得出结论:

(1)激光功率太小,热量不足,越靠近下缘熔融产物温度越低,因而未能被高压气流彻底吹除,而滞留在切割下缘产生挂渣;

(2)激光功率太大,造成热输入过大,使工件的熔化范围大于高压气流所能驱除的范围,熔融金属未能被气流完全吹除,而产生过烧。

(3)由表3数据可以看出,有一个最佳激光功率范围(800~1000W),此处切割面粗糙度最小。

3.4 切割速度对切割面粗糙度的影响

选试用1000W激光功率,采用不同的切割速度,对2mm厚低碳钢板进行切割实验,分析近下缘处粗糙度。分析数据如表4所示。

表4 不同切割速度产生切割面粗糙度数据记录

分析表4数据,可得出结论:与选择不同功率类似,切割速度太小,会产生过烧;切割速度太大,会挂渣,近下缘的粗糙度都很大。在所选切削速度范围内,有一个最佳切割速度50mm/s。

4.结束语

总之,影响激光切割质量的因素较多。为了保证产品的技术性,获得良好的切割效果,我们应选择合适的激光功率和切割速度,并且还要在保证品质的前提下,尽可能缩短切割时间。笔者相信,随着激光切割技术的不断完善,激光切割质量将会有一个质的提高,更好的发挥其切割优势。

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