激光切割头在钣金行业的运用

2019-09-24 10:50:02 金晓


钣金车间的传统加工方法包括切割,下料和弯曲。其中,落料工艺需要大量的模具,具有切割少,无需切割的特点。在加工产品时,通常会配备数十套模具,甚至某些产品可能也需要数百套模具。从经济的角度来看,配备大量模具的产品成本相应增加,导致资金浪费。为了适应现代钣金加工,降低生产成本,提高加工工艺水平,激光头加工技术应运而生。


激光切割头在钣金行业的运用


随着激光切割头的应用,钣金加工技术得到了飞速发展,并为钣金加工带来了革命性的思想。激光切割头技术和激光切割头设备已为大多数钣金加工企业所熟悉和接受,并逐渐取代传统的钣金切割设备(主要为数控设备,包括剪切机,冲孔机,火焰切割,等离子切割,高压水)切割等传统的钣金加工设备)具有加工效率高,加工精度高,切割截面质量好,三维切割等优点。


激光切割头在钣金行业的运用


激光头加工技术在钣金加工技术中起着非常重要的作用。它提高了钣金加工的劳动生产率,并促进了钣金加工的发展。激光切割头具有很高的灵活性,可以大大减少加工周期,快速切割,产生高效率,提高加工精度并加快产品开发速度。这些优势吸引了许多制造企业的注意力。

激光切割头通过光路系统将由激光头的激光发射的激光聚焦成具有高功率密度的激光束。激光束照射工件的表面以使工件达到熔点或沸点,并且与光束同轴的高压气体将熔融或汽化的金属吹走。随着梁和工件之间相对位置的移动,材料最终形成狭缝,从而达到切割目的。激光切割头使用不可见光束代替传统的机械刀。具有精度高,切割速度快,切割图案无限制,自动排版,节省材料,切口平整,加工成本低等特点。它将逐步改善或替代传统的金属切割设备。


激光切割头在钣金行业的运用


激光切割头的机械部件不与工件接触,并且在操作过程中不会刮伤工件表面。激光切割速度快,切口光滑平整,通常不需要后续治疗。切削热影响区小,板变形小,接头窄(0. 10. 3 mm);切口没有机械应力,也没有剪切毛刺。重复性好,不损坏材料表面,数控编程,可加工任何计划,宽幅切割整板,无需开发模具,经济又省时。通常,建议将激光切割头用于12mm以内的碳钢板和10mm以内的不锈钢板。

激光切割头无切削力,无变形,无工具磨损,材料适应性好。简单零件和复杂零件均可通过激光准确,快速地成型和切割。它可以实现自动切割和套料,提高材料利用率,取得良好的经济效益。

激光切割机的分类:根据不同的激光发生器,市场上大约有三种激光切割机:CO2激光切割头,YAG(固态)激光切割头和光纤激光切割头。

1CO2激光切割机:可稳定切割20mm以内的碳钢,10mm以内的不锈钢和8mm以下的铝合金。

CO2激光的波长为10.6μm,相对容易被非金属吸收。它可以切割高质量的非金属材料,例如木材,丙烯酸,PP,有机玻璃等,但CO2激光的光电转换率仅为10%左右。 CO2激光切割机配有喷嘴,用于在光束出口处注入氧气,压缩空气或惰性气体N2,以提高切割速度并确保切口的光滑度和平滑度。为了提高电源的稳定性和使用寿命,CO 2气体激光器必须解决大功率激光器的放电稳定性。根据国际安全标准,激光危害分为4级,CO2激光属于最低级。

主要优点:大功率,通常在2000至4000 W之间,可切割25mm以内的各种尺寸的不锈钢,碳钢和其他常规材料,4mm以内的铝板,60mm以内的丙烯酸板,木板和PVC板,并且可以切割薄板快速。此外,由于CO2激光输出连续激光,因此三台激光切割机中的切割部分更加平滑。

主要市场定位:625 mm板材切割,主要面向大中型企业和一些纯外部激光切割企业。由于不可克服的因素,例如激光的大量维修损失和主机的高功耗,以及近年来光纤激光切割机的巨大冲击,市场处于明显萎缩的状态。

(2)YAG固体激光切割头具有价格低廉,稳定性好的特点,但能量效率一般低于3%。

目前,产品的输出功率大多在800W W以下。由于输出能量低,该产品主要用于冲压,点焊和薄板切割。绿色激光束可在脉冲或连续波条件下使用,具有波长长,聚焦性能好的特点。它适用于精密加工,尤其是脉冲,切割,焊接,光蚀刻等条件下的孔加工。YAG固体激光切割头的激光波长不易被非金属吸收,因此无法切割非金属材料。 YAG固体激光切割头需要提高电源的稳定性和使用寿命。有必要开发大容量,长寿命的光泵激发光源。通过使用半导体光泵,可以大大提高能源效率。

主要优点:它可以切割铝板,铜板和大多数有色金属材料,这是其他激光切割头无法切割的。该机器价格便宜,使用率低且易于维护。大多数关键技术已被国内企业掌握。配件的价格和维护成本低,并且机器的操作和维护简单。对员工的素质要求不高。

主要市场定位:切割在8毫米以下。它主要针对中小企业自用和钣金制造,家用电器制造,厨具制造,装饰,广告和其他对加工要求不是特别高的行业的大多数用户。将来,它可能会逐步取代传统的加工设备,例如线切割,数控冲床,水切割和低功率等离子。


激光切割头在钣金行业的运用


(3)光纤激光切割头可以通过光纤传输,具有空前的灵活性,故障点少,维护方便,速度快的特点。

当切割4mm以内的薄板时,它具有很大的优势,但是由于切割厚板时固体激光波长的影响,其质量非常差。光纤激光切割头的波长为1.06μm,不易被非金属吸收,因此不能切割非金属材料。光纤激光器的光电转换率高达25%以上,在功耗和支持的冷却系统参数方面,光纤激光器的优势十分明显。

根据国际安全标准,光纤激光器是最有害的类型,因为它们的波长长且对眼睛的伤害很大。出于安全原因,必须在完全封闭的环境中进行光纤激光加工。光纤切割头作为一种新的激光头技术,远没有二氧化碳激光切割头流行。

主要优点:光电转换率高,功耗低。它可以切割12mm之内的不锈钢板和碳钢板,是三台机器中切割薄板最快的激光切割头。间隙细,斑点质量好,可用于精细切割。

主要市场定位:切割12mm以下,特别是薄板的高精度加工。它主要针对需要极高的加工精度和效率的制造商。据估计,随着5000W及以上激光器的出现,光纤激光切割头将最终在大多数市场上取代CO2高功率激光切割头。


激光切割头在钣金行业的运用


激光熔切切割头

(1)在激光熔化和切割中,在工件局部熔化之后,熔化的材料通过气流喷出。由于材料转移仅在液态下进行,因此此过程称为激光熔体切割。

(2)激光束与高纯度惰性切割气体耦合,促使熔融材料离开缝隙,气体本身不参与切割。

(3)激光熔化切割比气化切割可获得更高的切割速度。气化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中,激光束仅被部分吸收。

(4)最大切割速度随着激光功率的增加而增加,但是随着板厚和材料熔化温度的增加而相反地减小。当激光功率恒定时,限制因素是缝隙处的气压和材料的热导率。

(5)铁和钛金属的非氧化切割可以通过激光熔融切割获得。对于钢,将产生熔化但不蒸发的激光功率密度,并且激光功率密度在104 W / cm2和105 W / cm2之间。

激光火焰切割头

激光火焰切割与激光熔体切割不同,因为它使用氧气作为切割气体。通过氧气和加热的金属之间的相互作用,发生化学反应以进一步加热材料。对于相同厚度的结构钢,通过这种方法获得的切割速度要高于通过熔融切割获得的切割速度。

另一方面,这种方法在切口质量上不如熔融切割。实际上,产生了较宽的狭缝,明显的粗糙度,增加的热影响面积和较差的边缘质量。在加工精密模型和尖角时,激光火焰切割是有缺陷的(存在燃烧尖角的危险)。脉冲模式激光可用于限制热影响区。使用的激光功率决定切割速度。在一定的激光功率下,限制因素是氧气的供应和材料的热导率。

激光气化切割头

在激光气化切割过程中,材料在切割缝处被气化,这需要非常高的激光功率。为了防止材料蒸气凝结在狭缝壁上,材料的厚度不得大大超过激光束的直径,因此该处理仅适用于不排出熔融材料的情况。该过程实际上仅用于铁基合金的很小的应用领域。

此过程不适用于通常需要较厚切割的木材和某些陶瓷。

(1)在激光气化切割中,最佳光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。

(2)激光功率和气化热对最佳聚焦位置有一定影响。

(3)当板厚恒定时,最大切割速度与材料的气化温度成反比。

(4)所需的激光功率密度大于108W / cm2,具体取决于材料,切割深度和光束聚焦位置。

(5)在一定的板厚条件下。假设有足够的激光功率,则最大切割速度受气体注入速度的限制。

激光头加工

加工是指激光束,加工气体和工件之间的相互作用。图2示出了处理参数,切割过程在切割之前,激光必须将工件加热到熔化和汽化材料所需的温度。

切割平面由几乎垂直的平面组成,该平面吸收激光辐射以加热和熔化。在激光火焰切割中,进入狭缝的氧气流进一步将熔化区加热到接近沸点的温度,并且所产生的气化作用会除去材料。同时,液化材料通过加热的气体从工件的下部排出。

在激光熔体切割中,液化材料将与气体一起排出,从而保护间隙不被氧化。连续熔化区沿切割方向逐渐滑动以获得连续的狭缝。在此区域,激光切割过程中发生了许多重要活动。分析这些活动可以获取激光切割的重要信息,计算切割速度并解释牵引线特性的形成。

材料特性

在工件上切割的结果可能是整齐的切割,或者相反,可能会有粗糙的边缘或过度燃烧。影响切削质量的最重要因素是。

(1)合金成分。

合金成分在一定程度上影响材料的强度,比重,可焊性,抗氧化性和酸度。铁合金材料中的一些重要元素包括碳,铬,镍,镁和锌。

碳含量越高,切割材料就越困难(临界值为0.8%碳)。以下碳钢具有良好的激光切割效果:St 37-2,StW 22,DIN 1.203。

(2)材料的基本微观结构。

通常,构成材料的颗粒越细,切削刃的质量就越好。

(3)表面质量和粗糙度。

如果表面上有生锈的区域或氧化层,则切割轮廓将不规则,并且会出现许多损坏点。要切割瓦楞纸板,请选择最大厚度切割参数。

(4)表面处理。

最常见的表面处理是镀锌,喷涂,阳极电镀或层压塑料薄膜涂层。镀锌板的边缘容易结渣。对于涂漆的面板,切割质量取决于涂层产品的成分。

具有分层材料涂层的板非常适合激光切割。为了使电容检测无故障运行并且使涂层获得最佳附着力(避免浮起气泡),涂层边缘必须始终位于被切割工件的上部。

(5)光束反射。

光束如何在工件表面上反射取决于基本材料,表面粗糙度和处理方法。某些铝合金,铜,黄铜和不锈钢板具有高反射率。切割这些材料时,应特别注意调整焦点位置。



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