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激光加工技术——风光无限
来源:北京索斯曼激光技术有限公司 作者:张振程 浏览次数:0
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激光应用于材料加工,被誉为制造技术的革命。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”。随着金属加工行业的发展,激光加工的优势也越来越明显,所占比重越来越大。
  激光加工是激光应用最有发展前途的领域,现在已开发出多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好,其加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加工技术包括激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光打孔技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。
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北京索斯曼激光技术有限公司技术部经理 张振程
  激光的应用技术,越来越深入到我们现代化生产的各行各业,与此同时激光器也在不断的更新、发展。现阶段光纤激光的应用已成为激光切割机的主流配置。 激光新技术的发展,以后主要朝着高度自动化、人员操作简单化的趋势发展。越来越多的人将更多地了解到激光应用的的优越性。
激光加工优势明显
  与传统的板材切割方式相比,激光切割有明显的优势。它切割速度快,生产效率高;切割质量好,切缝窄;材料适应性好,无刀具磨损;不管是简单还是复杂零件,都可以用激光一次精密快速成形切割;自动化程度高、操作简单,劳动强度低,没有污染;生产成本低,经济效益好;技术有效生命周期长。
  激光切割与常规加工方法相比,同样具有明显的优势。在热切割方法中,氧可燃烧(如乙炔)切割和等离子切割都不能像激光束那样集中能量于一个极小区域,结果导致切口宽、热影响区大和较明显的工件变形。氧可燃烧切割设备小、投资少,是很灵活的切割工具,主要用来切割低碳钢。但是由于它热影响区大、切割速度低,切口呈现严重的锯齿状和波折状。因此,它很少被选用于切割20mm以下厚度且要求尺寸精确的材料。等离子切割与激光切割速度相仿,明显高于乙炔火焰切割。但其切割能量较低,切边顶部呈圆头状,切边明显起波形。在操作中,还要防止由电弧产生的紫外线辐射对操作者带来的伤害。与激光切割相比,等离子切割较适合切割较厚钢板和对光束反射率高的铝合金等。但是,激光能切割非金属,而其他热切割方法则不能。在机械冲压加工方式中,采用模冲方法生产大批量零件,具有零件成本低、生产周期短的优势,但这种方法对设计上的变化较难适应,设备专用、制造周期长、造价高。对中小规模的企业来说,激光切割的特长就会充分显示。激光切割便于工件紧密编排套裁,比起每个工件周围需预留较多材料余量的模冲更节约材料。对于需要分段冲切的大而复杂的零件,就需要用冲床冲切,导致切边呈许多小贝壳状刃口,产生大量边角余料。对于薄金属采用锯切方式,其切割速度比激光切割慢很多。而且,激光作为一种灵活的无接触、仿形切割工具,可以从材料任何一点开始向任何方向切割,这一点对锯切来说,是望洋兴叹的。采用电火花或线切割等方法用于坚硬材料的精细加工,虽然切口较平整,但切割速度要比激光切割慢几个数量级。水切割虽然可以切割许多非金属材料,但运行费用较高。
光纤激光切割渐成主流
  激光切割发展到现阶段,光纤激光切割成为主流产品。光纤激光切割是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束,并聚集在工件表面上,使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化,通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。
光纤激光主要有以下优势:
  (1)电-光转化效率高,转换效率达30%以上,小功率光纤激光器无需配冷水机,采用风冷,可大幅度节约工作时的耗电,节省运行成本,达到最高的生产效率;
  (2)激光器运行时仅仅需要电能,不需要产生激光的额外气体,具有最低的运行和维护费用;
  (3)光纤激光器采用半导体模块化和冗余设计,谐振腔内无光学镜片,不需要启动时间,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,降低了配件成本和维护的时间,这是传统激光器无法比拟的;
  (4)光纤激光器的输出波长为1.064微米,是CO2波长的1/10,输出的光束质量好,功率密度高,非常有利于金属材料的吸收,具有卓越的切割、焊接能力,从而使加工的费用最低;
  (5)整机光路由光纤传输,不需要复杂的反射镜等导光系统,光路简单,结构稳定,外光路免维护;
  (6)切割头中含有保护镜片,使聚焦镜等贵重的易耗品消耗量极少;
  (7)光通过光纤导出,使机械系统的设计变得非常简单,非常容易与机器人或多维工作台集成;
  (8)光纤激光器体积小,重量轻,工作位置可移动,占地面积小。
影响激光切割精度的主要因素
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  影响金属激光切割加工精度的因素,最终取决于金属激光切割机、数控机床的精度,以确保数控机床的精度,包括垂直精度,定位精度,重复定位精度和切割精度,这是影响金属激光切割加工精度的主要因素。
  (1)垂直精度,又称静态精度。这是关键部件组装后的几何形状的金属激光切割机数控机床的综合反映。测试使用的数控机床和普通机床类似的测试方法测试了更高的要求垂直精度的测试。
  (2)定位精度。它是一种金属激光切割机、数控机床在确定终点的移动轴可以达到的位置精度。它将直接影响零件的加工精度。基于测量值的定位精度,可确定最好的机器来实现自动加工工件的加工精度。
  (3)重复定位精度是指多次运行相同的代码位置精确度的一致性。在正常情况下,它会影响数量的一致性零件加工,是一个非常重要的精度指标。
  金属激光切割机数控系统和机床制造商在制造过程中和机器安装和调试过程中的精度可以保证,但数控机床的定位精度和重复定位精度与机床的使用和变化较大,因此定期使用的机器,须在必要时测试定位精度和重复定位精度。
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