飞博讲堂丨如何控制激光切割的垂直度

日期: 2020-07-27
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放眼现代制造工业,激光切割的应用越来越广泛,这一增长势头主要源自于激光切割的诸多优势,如切割材料种类广泛,切割路径灵活多变等。在切割过程中,垂直度的把握直接关系到切割质量和切割速度。

什么是垂直度?垂直度是限制实际要素对基准在垂直方向上变动量的一项指标。简要表征的话,就是以一个线或面为基准面,另一个线或面垂直投影到基准面上的长度,就是图(1)中的L

飞博讲堂丨如何控制激光切割的垂直度

图(1)

切割过程中,良好的垂直度不仅带来良好的视觉感受,对于加工精度和加工便捷性也都有大幅提升。那么激光切割过程中影响垂直度的因素都有哪些?

首先,从光学性质上来说,虽然激光是一种高指向性的光束,但实际上也是存在一定的发散性,激光光束的一项指标——发散角,即说明了激光的这一特性。如(2)图所示,θ即为光束发散角,而当激光从激光器进入切割头经过扩束/准直镜和聚焦镜后呈现出(3)图中的状态,这时就涉及到一个非常重要的概念,即“焦深”。当发散角越大焦距越短时,焦深越短,反之发散角越小或焦距越长,则焦深越长。同功率激光器,短焦深的优势是焦点处能量密度更高,薄板加工速度更快,而长焦深的优势则是厚板切割能力更好。同时鉴于切割时光束在割缝中多次“反射式”传播和被吸收,故长焦深更容易带来好的垂直度。飞博讲堂丨如何控制激光切割的垂直度飞博讲堂丨如何控制激光切割的垂直度

          图(2)                              图(3)

其次,从切割工艺上来说,切割速度越快带来的断面效果和垂直度越好,所以提高切割速度能够有效优化同一厚度板材切割的垂直度。但切割速度的提升又要从哪些方面着手?

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.      改变切割气体种类:切碳钢时,特别是薄的碳钢板时,将氧气改为氮气或者空气,也就是将氧化切割方式转变为熔化切割方式,可以有效提升切割速度,但前提是功率足够。

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同种激光器在提升厚板切割速度方面也存在瓶颈,比如8000W10000W激光器切割30mm碳钢板速度相差无几。那么在提速无望的情况下又该如何?

1)      缩小喷嘴。切碳钢时,在保证切割能力的前提下,尽量缩小喷嘴尺寸,这一方法可加强喷嘴所出气流的稳定性。

2)      加大正焦量。焦点越大,在纵向上照射到割缝板材的激光能量越深、越均匀,就像用两米长的剪刀去裁剪A4纸一样,稳!

3)      用正焦位置进行熔化切割。“熔化切割”即是用氮气做辅助气体切割不锈钢或铝合金,这种切割方式通常会采用“负焦”参数,但负焦切厚板会在刀口上部留下一个“小圆弧”。如果对这种方式不满意的话,建议用正焦脉冲的形式切割,断面虽然不如负焦方式的细腻,但“小圆弧”会消失。

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