?激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度,靠光熱效應來加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小,可加工各種材料。用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。
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1、穿孔的難度
在切割的開始部位加工開始加工所需要的孔稱做穿孔。板越厚,穿孔就越不穩(wěn)定??梢哉f,板厚大于12.0 mm的厚板切割中,發(fā)生加工不良現(xiàn)象的70%起因于穿孔不好。為了實施穩(wěn)定的穿孔,在這里對穿孔的加工特性進行說明。
2、穿孔的原理
在穿孔過程中,貫通之前加工中產(chǎn)生的熔融金屬堆積在被加工物表面上孔的周圍。從發(fā)光后對被加工物表面加熱過程,到緩慢加熱進行穿孔作用,直至最后的貫通是連續(xù)進行的。這個方法,如果板件厚度大于9.0mm,則穿孔時間就會急劇增加,但是孔徑約為0.5mm,比切口窄,熱影響也小。因此,如果增加加工能力,加大輸出能量,熔融金屬就很難全部從孔徑上部排出,出現(xiàn)過度燃燒現(xiàn)象。CW條件是在被加工物表面的略微上方設定焦點位置,增大加工孔徑,迅速加熱的方法。雖然出現(xiàn)大量熔融金屬,飛散到被加工物表面上,但卻大幅度縮短了加工時間。
在穿孔的孔壁上也會出現(xiàn)吸收激光能量的現(xiàn)象。在穿孔加工過程中,照射的激光在穿孔中多重反射,邊被吸收邊向下傳播。為了縮短穿孔時間,就要補充被孔壁吸收而被減弱的能量,即在穿孔過程中有必要增加輸出功率。而且,為了減少對孔壁周圍的熱影響,要在增加輸出功率的同時,盡可能的縮短穿孔時間,減少激光對孔壁周圍的照射。
3、 對付穿孔中出現(xiàn)缺陷的四個原則
穿孔過程中出現(xiàn)缺陷時,有必要對各種現(xiàn)象進行原因分析和找出處理方法。
(1)缺陷發(fā)生的瞬間
要確認是在穿孔的過程中,還是在穿孔結束后開始切割時發(fā)生的缺陷。如果是穿孔過程中發(fā)生的,則根據(jù)穿孔開始或者穿孔過程中條件切換時的具體情況,來修正發(fā)生問題的輸出功率和氣壓條件。如果缺陷發(fā)生在穿孔結束之前,那是因為貫通之前切換到切割條件,有必要延長穿孔時間。
如果切割開始時發(fā)生加工缺陷的現(xiàn)象,那是因為在孔的表面周圍堆積的熔融金屬部位難以通過,所以有必要在開始位置設定脈沖條件或低速條件。
(2)缺陷產(chǎn)生的位置
如果在加工平臺的特定位置,集中出現(xiàn)穿孔缺陷,那是因為激光光軸和噴嘴中心偏離。這需要調整光路偏離。
如果穿孔位置過于集中或者是在切割線路的附近進行穿孔,由于加工位置溫度過高,也會造成穿孔缺陷。
將厚12.Omm的SS400板件作為被加工物,材料溫度從常溫變化到200℃,調查與加工缺陷之間關系的結果。數(shù)據(jù)是表示在各溫度條件下進行50次穿孔,穿孔缺陷和切割缺陷的發(fā)生比例。溫度越高,缺陷的發(fā)生率就越大。因此有必要研究加工順序,改善程序盡量沿著尚未過熱的線路進行穿孔和切割。
(3)發(fā)生穿孔不良的時間
隨著加工時間的推移,加工不良的發(fā)生次數(shù)只見增加不見減少時,其原因可能是發(fā)振器故障引起的輸出功率變動。如果增加冷卻時間就能恢復的話,其原因可能是光學部件熱透鏡的作用引起的。這種情況下就需要維修光學部件,并與供應商聯(lián)系。
(4)發(fā)生穿孔不良的材料
對于發(fā)生穿孔不良的材料,要確認過去是否進行過良好加工,確認記錄很重要。如果有過去加工的記錄,就不需要調整加工條件,可以認定是加工機和光學部件的缺陷,進行檢查找出原因。
4、適當?shù)拇┛讞l件
被加工物的厚度越厚,穿孔時間在整體加工時間中所占的比例就會增加,對縮短穿孔時間的要求就會提高。對穿孔時間縮短有效的加工條件參數(shù)是脈沖峰值輸出功率和脈沖波形及平均輸出功率。
5、 防止在對不銹鋼進行穿孔時出現(xiàn)須狀物
在切割不銹鋼時,孔表面周圍會留下飛散須狀的金屬熔渣,在鏡面及條紋表面材料上會出現(xiàn)劃傷。而且,須狀金屬熔渣與靜電感應式加工頭的噴嘴發(fā)生接觸時,會出現(xiàn)對焦異常的報警。根據(jù)板件的薄厚程度,其相應的處理方法也不同。
6、 高反射材料穿孔時的注意事項
在切割銅、純鋁等高反射材料時,需要在被加工物表面涂抹光束吸收劑。光束吸收劑不僅有提高加工能力的效果,而且從安全的角度上也有抵制反射的作用。加工條件需要降低脈沖頻率,提高脈沖峰值的每1個脈沖能量。而且通過增大氣體壓力,使熔融金屬擠入板件內部,提高加工能力的效果。