放眼現(xiàn)代制造工業(yè),激光切割的應(yīng)用越來越廣泛,這一增長(zhǎng)勢(shì)頭主要源自于激光切割的諸多優(yōu)勢(shì),如切割材料種類廣泛,切割路徑靈活多變等。在切割過程中,垂直度的把握直接關(guān)系到切割質(zhì)量和切割速度。
什么是垂直度?垂直度是限制實(shí)際要素對(duì)基準(zhǔn)在垂直方向上變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)。簡(jiǎn)要表征的話,就是以一個(gè)線或面為基準(zhǔn)面,另一個(gè)線或面垂直投影到基準(zhǔn)面上的長(zhǎng)度,就是圖(1)中的L。
圖(1)
切割過程中,良好的垂直度不僅帶來良好的視覺感受,對(duì)于加工精度和加工便捷性也都有大幅提升。那么激光切割過程中影響垂直度的因素都有哪些?
首先,從光學(xué)性質(zhì)上來說,雖然激光是一種高指向性的光束,但實(shí)際上也是存在一定的發(fā)散性,激光光束的一項(xiàng)指標(biāo)——發(fā)散角,即說明了激光的這一特性。如(2)圖所示,θ即為光束發(fā)散角,而當(dāng)激光從激光器進(jìn)入切割頭經(jīng)過擴(kuò)束/準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡后呈現(xiàn)出(3)圖中的狀態(tài),這時(shí)就涉及到一個(gè)非常重要的概念,即“焦深”。當(dāng)發(fā)散角越大焦距越短時(shí),焦深越短,反之發(fā)散角越小或焦距越長(zhǎng),則焦深越長(zhǎng)。同功率激光器,短焦深的優(yōu)勢(shì)是焦點(diǎn)處能量密度更高,薄板加工速度更快,而長(zhǎng)焦深的優(yōu)勢(shì)則是厚板切割能力更好。同時(shí)鑒于切割時(shí)光束在割縫中多次“反射式”傳播和被吸收,故長(zhǎng)焦深更容易帶來好的垂直度。
? ? ? ? ? 圖(2)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖(3)
其次,從切割工藝上來說,切割速度越快帶來的斷面效果和垂直度越好,所以提高切割速度能夠有效優(yōu)化同一厚度板材切割的垂直度。但切割速度的提升又要從哪些方面著手?
1.????? 提高激光功率:提高速度首先想到的必然是提高激光功率。
2.????? 改變切割氣體種類:切碳鋼時(shí),特別是薄的碳鋼板時(shí),將氧氣改為氮?dú)饣蛘呖諝?,也就是將氧化切割方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿刍懈罘绞?,可以有效提升切割速度,但前提是功率足夠?/span>
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同種激光器在提升厚板切割速度方面也存在瓶頸,比如8000W和10000W激光器切割30mm碳鋼板速度相差無(wú)幾。那么在提速無(wú)望的情況下又該如何?
1)????? 縮小噴嘴。切碳鋼時(shí),在保證切割能力的前提下,盡量縮小噴嘴尺寸,這一方法可加強(qiáng)噴嘴所出氣流的穩(wěn)定性。
2)????? 加大正焦量。焦點(diǎn)越大,在縱向上照射到割縫板材的激光能量越深、越均勻,就像用兩米長(zhǎng)的剪刀去裁剪A4紙一樣,穩(wěn)!
3)????? 用正焦位置進(jìn)行熔化切割。“熔化切割”即是用氮?dú)庾鲚o助氣體切割不銹鋼或鋁合金,這種切割方式通常會(huì)采用“負(fù)焦”參數(shù),但負(fù)焦切厚板會(huì)在刀口上部留下一個(gè)“小圓弧”。如果對(duì)這種方式不滿意的話,建議用正焦脈沖的形式切割,斷面雖然不如負(fù)焦方式的細(xì)膩,但“小圓弧”會(huì)消失。
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