飛博講堂丨如何控制激光切割的垂直度

日期: 2020-07-27
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放眼現代制造工業,激光切割的應用越來越廣泛,這一增長勢頭主要源自于激光切割的諸多優勢,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系到切割質量和切割速度。

什么是垂直度?垂直度是限制實際要素對基準在垂直方向上變動量的一項指標。簡要表征的話,就是以一個線或面為基準面,另一個線或面垂直投影到基準面上的長度,就是圖(1)中的L。

飛博講堂丨如何控制激光切割的垂直度

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,從光學性質上來說,雖然激光是一種高指向性的光束,但實際上也是存在一定的發散性,激光光束的一項指標——發散角,即說明了激光的這一特性。如(2)圖所示,θ即為光束發散角,而當激光從激光器進入切割頭經過擴束/準直鏡和聚焦鏡后呈現出(3)圖中的狀態,這時就涉及到一個非常重要的概念,即“焦深”。當發散角越大焦距越短時,焦深越短,反之發散角越小或焦距越長,則焦深越長。同功率激光器,短焦深的優勢是焦點處能量密度更高,薄板加工速度更快,而長焦深的優勢則是厚板切割能力更好。同時鑒于切割時光束在割縫中多次“反射式”傳播和被吸收,故長焦深更容易帶來好的垂直度。飛博講堂丨如何控制激光切割的垂直度飛博講堂丨如何控制激光切割的垂直度

? ? ? ? ? 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,特別是薄的碳鋼板時,將氧氣改為氮氣或者空氣,也就是將氧化切割方式轉變為熔化切割方式,可以有效提升切割速度,但前提是功率足夠。

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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8000W10000W激光器切割30mm碳鋼板速度相差無幾。那么在提速無望的情況下又該如何?

1)????? 縮小噴嘴。切碳鋼時,在保證切割能力的前提下,盡量縮小噴嘴尺寸,這一方法可加強噴嘴所出氣流的穩定性。

2)????? 加大正焦量。焦點越大,在縱向上照射到割縫板材的激光能量越深、越均勻,就像用兩米長的剪刀去裁剪A4紙一樣,穩!

3)????? 用正焦位置進行熔化切割?!叭刍懈睢奔词怯玫獨庾鲚o助氣體切割不銹鋼或鋁合金,這種切割方式通常會采用“負焦”參數,但負焦切厚板會在刀口上部留下一個“小圓弧”。如果對這種方式不滿意的話,建議用正焦脈沖的形式切割,斷面雖然不如負焦方式的細膩,但“小圓弧”會消失。

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