3015激光切割机工艺手册.docx
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3015激光切割机工艺手册
第一章激光切割方式
1.1激光熔化切割
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。
因为材料的转移只发生在其液态情形下，因此该进程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。
——激光熔化切割能够取得比气化切割更高的切割速度。
气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。
在激光熔化切割中，激光光束只被部份吸收。
——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。
在激光功率必然的情形下，限制因数确实是割缝处的气压和材料的热传导率。
——激光熔化切割关于铁制材料和钛金属能够取得无氧化切口。
——产生熔化但不到气化的激光功率密度，关于钢材料来讲，在104W/cm2～105W/cm2之间。
1.2激光火焰切割
激光火焰切割与激光熔化切割的不同的地方在于利用氧气作为切割气体。
借助于氧气和加热后的金属之间的彼此作用，产生化学反映使材料进一步加热。
由于此效应，关于相同厚度的结构钢，采纳该方式可取得的切割速度比熔化切割要高。
另一方面，该方式和熔化切割相较可能切口质量更差。
事实上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热阻碍区和更差的边缘质量。
——激光火焰切割在加工周密模型和尖角时是不行的（有烧掉尖角的危险）。
能够利用脉冲模式的激光来限制热阻碍。
——所用的激光功率决定切割速度。
在激光功率必然的情形下，限制因数确实是氧气的供给和材料的热传导率。
1.3激光气化切割
在激光气化切割进程中，材料在割缝处发动气化，此情形下需要超级高的激光功率。
为了避免材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度必然不要大大超过激光光束的直径。
该加工因此只适合于应用在必需幸免有熔化材料排除的情形下。
该加工事实上只用于铁基合金很小的利用领域。
该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因此不太可能让材料蒸气再凝结的材料。
另外，这些材料通常要达到更厚的切口。
——在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。
——激光功率和气化热对最优核心位置只有必然的阻碍。
——在板材厚度必然的情形下，最大切割速度反比于材料的气化温度。
——所需的激光功率密度要大于108W/cm2，而且取决于材料、切割深度和光束核心位置。
——在板材厚度必然的情形下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。
第二章加工进程
“加工进程”指激光光束、加工气体和工件之间的彼此作用。
2.1切割过程
该进程发生的区域是切割之前。
作用在该切割之前的激光必需加热工件到把材料熔化和气化所需的温度。
切割平面由一个几乎垂直的平面组成，该平面被吸收的激光辐射加热并熔化。
——在激光火焰切割中，该熔化区被进入割缝的氧气流进一步加热，达到接近沸点的温度。
产生的气化把材料移走。
同时，借助于加工气体，液化材料从工件下部排出。
——在激光熔化切割中，液化材料随气体排出，该气体也爱惜割缝以防氧化。
持续的熔化区沿着切割方向慢慢滑移。
因此取得一条持续割缝。
激光切割进程的许多重要活动发生在该区域。
对这些活动的分析能够取得激光切割的重要信息。
如此，就能够够计算切割速度并说明牵引线特性的形成。
2.2材料特性
在工件上进行切割活动的结果可能是整洁的切口，或相反，边缘粗糙或过烧。
阻碍切割质量最重要的因数是：
——合金成份
——材料的微观结构
——表面质量
——表面粗糙度
——表面处置
——光束反射
——热传导率
——熔点
——热熔解
——气化温度
合金成份
合金成份在必然程度上阻碍着材料的强度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。
铁合金材料中的一些重要元素有：
碳、铬、镍、镁和锌。
碳含量越高，材料越难切（临界值以为是含碳0.8％）。
以下型号碳钢用激光切割成效是专门好的：
St37-2，StW22，DIN1.203。
材料的大体微观结构
一样来讲，组成材料的颗粒越细，切割边缘的质量越好。
表面质量和粗糙度
若是表面有生锈区域或氧化层，那么切割的轮廓将不规那么并显现许多破损点。
若是要切割波纹板，就选择最大厚度切割参数。
表面处置
最经常使用的表面处置有镀锌、聚焦镀锌、涂漆、阳极电镀或覆盖分层塑料胶片。
——用锌处置过的板材易于在边缘显现挂渣。
——关于涂漆的板材，切割质量依托于所涂产品成份的组成。
如何进行涂漆材料的加工：
第一趟选择一组功率小（雕刻）的用于对处置表面作预烧打标的参数。
第二趟选择一组用于材料切割的参数。
有分层材料涂层的板材超级适合激光切割。
为了使电容式探测无端障工作，让分层涂层取得最优粘合，（幸免产生浮泡），分层边必需老是在切割工件的上部。
光束反射
光束在工件表面如何反射取决于大体材料、表面粗糙度和处置。
一些铝合金、铜、黄铜和不锈钢板材具有高反射率的特点。
切割这些材料时，要专门注意调剂好核心位置。
热传导率
焊接时，低热传导率的材料，和高热传导率的材料相较，需要更小的功率。
比如，关于铬镍合金钢，所需的功率要小于结构钢的，对加工产生的热的吸收也更少。
另一方面，比如铜、铝和黄铜这些材料散失掉一大部份通过吸收激光产生的热。
因为热从光束目标点处传导开了，因此热阻碍区的材料更难熔化了。
热阻碍区
激光火焰切割和激光熔化切割会致使切割材料边缘区域发生材料变异。
关于热阻碍区域的范围与大体材料和材料厚度的之间关系，下表列出了一些参考数值。
材料厚度[mm]
热影响区域[mm]
St37
碳钢
铝
1
0.05
0.05
0.10
2
0.10
0.10
0.20
3
0.15
0.15
0.30
4
0.20
0.35
0.40
5
0.25
0.34
0.50
6
0.30
0.55
0.60
8
0.40
0.75
0.70
10
0.50
0.85
------
12
0.60
------
------
——当加工低碳钢或无氧钢时，热阻碍区的淬火减少了。
——关于高碳钢（比如Ck60），会显现边缘区域变硬的现象。
——关于硬轧铝合金，热阻碍区乃至会比其余部份略微软一些。
2.3不同材料的可加工性
结构钢
该材料用氧气切割时会取得较好的结果。
利用CW模式激光。
当加工超级小的曲线操纵系统改变进给速度时，它通过调剂使激光功率和轴进给速度相适应。
当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。
关于厚度达4mm的板材，能够用氮气作为加工气体进行高压切割。
这种情形下，切割边缘可不能被氧化。
复杂轮廓和小孔（直径小于材料厚度）应该用脉冲模式切割。
如此能够幸免切掉尖角。
——碳含量越高，切割边缘越易淬火，拐角越易过烧。
——合金含量高的板材比低的更难切割。
——氧化或喷砂处置过的表面会取得更差的切割质量。
——板材表面的余热对切割结果有负面阻碍。
——厚度在10mm以上的板材，对激光器利用特殊极板而且在加工中给工件表面涂油能够取得较好的成效。
油膜减少熔渣粘到表面并极大地帮忙切割。
油膜不阻碍切割活动的成效。
——为了排除张力，只切割经二次处置过的钢板。
沸腾条件下熔化钢铁中的不纯成份事实上对切割结果有专门大阻碍。
——为了切割表面干净的结构钢，须遵循以下提示：
·Si≤0.04％：
首选，激光加工专门好
·Si<0.25％：
某些情形下会取得略微差点的切口
·Si>0.25％：
不适合激光切割，可能会取得更差的或不一致的结果。
注意：
关于达到St52的钢铁，依照DIN标准的允许量为Si≤0.55％。
该指标关于激光加工来讲太不精准了。
不锈钢
切割不锈钢需要：
——利用氧气，在边缘氧化没关系的情形下。
——利用氮气以取得无氧化无毛刺的边缘，就不需要再作处置了。
——用可能取得的高激光功率，同时采纳高压氮气，比用氧气可能会取得相当的或更高的切割速度。
——为了用氮气切4mm以上的不锈钢，而且无毛刺，调剂核心位置是必要的。
从头设核心位置并降低速度，就可能取得干净的切口，固然无法幸免小毛刺。
——在板材表面涂层油膜会取得更好的穿孔成效，而不降低加工质量。
关于不锈钢，请选择：
——氧气切割：
关于5mm以上的厚板材，降低进给速度，激光荣用脉冲模式。
——关于穿孔和切割采纳一样的喷嘴高度。
铝
铝及其合金更适宜用持续模式切割。
尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材能够切割，这取决于合金类型和激光器能力。
铝能够用氧切割或高压氮切割：
当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。
只产生一点火焰，但却难以排除。
——用氮气时，切割表面滑腻。
当加工3mm以下的板材时，通过最优调整后能够取得事实上无毛刺的切口。
关于更厚的板材，会产生难以去除的毛刺。
——纯铝因为其高纯超级难切割。
——合金含量越高，材料越易切割。
建议：
只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。
不然反射会损坏光学组件。
钛
钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。
其它参数能够参考镍铬钢。
铜和黄铜
——两种材料都具有高反射率和超级好的热传导性。
——厚度1mm以下的黄铜能够用氮气切割。
——厚度2mm以下的铜能够切割，加工气体必需用氧气。
建议：
只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。
不然反射会损坏光学组件。
合成材料
危险：
切割合成材料时要牢记切割的危险和可能排放的危险物质。
可加工的合成材料有：
热塑性塑料、热硬化材料和人造橡胶。
用激光切割机来加工PVC或聚乙烯是不行的，因为释放的气体是有毒的。
对于这两种材料，最好使用水压切割。
丙烯酸玻璃能够用激光切割。
氮气用作加工气体，气压必需低于0.5bar。
如此能够取得滑腻的切割表面。
有机物
危险：
在所有有机物切割中都存在着着火的危险（用氮气作为加工气体，也能够用紧缩空气作为加工气体）。
木材、皮革、纸板和纸能够用激光切割。
切割边缘会烧焦（褐色）。
进给速度越高，碳化越少。
当加工胶合板时，不可能保证会有干净的切口，因为每层胶依照其类型和种类而成份不同。
其它材料
有关您感爱好的其它材料的信息能够从我公司的用户工程效劳部门取得。
材料的可切割厚度
（生产值mm）
最大能够切割的厚度只在最优的机床和参数调整的情形下才有可能
（最大值mm）
2.4激光脉冲模式
模式
表示符号
应用
例子
连续模式
CW
－低压切割
－普通切割
－高压切割
→结构钢用O2
→铝用N2
→不锈钢用N2
恒定功率切可得到相对精密的切割。
门脉冲
GP
－穿孔
－细小轮廓
→以结构钢为例：
－轮廓上的小孔
－小孔直径为材料厚度的一半
－细轮廓
超脉冲
SP
－穿孔
－高反射率的材料
→铜用N2
→不锈钢用O2
→耐热的碳钢用O2
增加激光功率用100％CW＋超脉冲（Inox＋铝合金用N2）。
超强脉冲
HP
－穿孔
穿孔时，效果和增加频率得到的相对：
→厚板的快速穿孔，有少量碎屑
→锌钢用O2
2.5气体参数
气体参数包括：
——气体类型
——气压
——喷嘴直径和几何结构
气压和喷嘴几何结构决定了边缘粗糙度和毛刺的生成。
加工气体消耗取决于喷嘴直径和气压。
关于加工气体的更多信息在“维修保养手册——气体操纵”章节里。
——切割气压在5bar以下为低压，达20bar为高压。
——经常使用的切割喷嘴为锥体状的圆形口。
——维持喷嘴和工件表面之间的间距尽可能的小是必要的。
距离越小，有效冲击割缝壁的气体质量就越高。
常常利用0.5到1.5之间的间距。
第三章激光加工
3.1穿孔
穿孔的参数值不同于切割的参数值。
持续模式穿孔
优势：
快速穿孔。
缺点：
产生穿孔坑。
脉冲模式穿孔
优势：
小的穿孔洞。
缺点：
耗时
注意：
板材厚度（mm）大约对应于穿孔时刻（s）。
若是板材切掉的部份和剩余部份都要，就直接在轮廓上利用脉冲穿孔功能。
3.2碳钢的起切和结束切
穿孔通经常使用CW模式。
该类型穿孔更快，但它产生一个比用脉冲穿孔更大的孔。
由于此缘故，起切穿孔的位置通常选在轮廓外边。
穿孔和实际轮廓之间的切割长度称作起切部份。
激光光束核心在起切部份结尾和轮廓之间的可能转变，通过工件上切口边缘的不平，是能够分辨出来的。
用户必需尽可能地把起切部份设在几何单元一侧的理想伸展线上。
在小表面内轮廓情形下，让穿孔进程中产生的热在开始切割之前散发掉超级重要。
幸免把穿孔设在狭小的区域，而设成相对轮廓成大角度。
这有利于热散发。
起切长度取决于板材厚度和孔的直径
3.4拐角的加工
有半径的钝角的加工
在可能的地址，幸免无半径的拐角。
有半径拐角与无半径的相较有以下优势：
——轴移动的动态性能更好
——热阻碍区减少
——毛刺的产生更少
最优倒圆半径：
R最优＝板材厚度（mm）除以10，但不小于1mm
当内板材上要求无半径拐角时，最大半径：
R边缘＝切口宽度的一半
有了这种光束，仍然能够产生无半径的拐角，而此刻，轴动态地移动：
薄板上的尖角采纳孔眼
在薄板上高速切割时，建议利用孔眼技术。
这种解决方式有以下优势：
——轴以固定的方向转变通过尖角。
——工件本身以恒速切割。
——减少了拐角处的热阻碍。
第四章工艺实验
4.1脉冲模式切割
对某些模型利用脉冲模式激光切割。
——1到6mm厚的板材
——切割速度大约比CW模式低60％
——1到6mm厚的板材更适合脉冲切割
——另一方面，8到12mm的板材用脉冲模式更难加工
——不要用脉冲模式切割内部工件
4.2无氧化切割不锈钢
关于孔和其它剪切块，推荐把从起切到加工轮廓的过渡块设为适当的圆弧。
4.3无氧化切割木材和铝
孔的起切
起切的长度取决于板材厚度和孔的直径。
4.4栅格
栅条能够由不同的金属造成。
铜栅条寿命最长，因为它对热应力抗击力最强。
熔渣很容易去掉。
铜的高反射率关于切割薄板和小孔（孔不精准）或无氧化切割（产生等离子体，干扰光束）有负面阻碍。
碳钢和V2A是对切割进程干扰最小的材料。
碳钢和V2A栅条能够由客户自己切割。
切割的设计在PC机的硬盘上。
栅条的寿命取决于加工进程中所用的激光功率。
碳钢的优势：
经济
V2A的优势：
由于此材料的类型，溅射的材料可不能氧化到栅格上。
建议：
用O2切割栅条。
4.5评估切口
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
解决办法
无毛刺，牵引线一致
功率合适
进给速率合适
底部的牵引线有很大的偏移，底部的切口更宽
进给速率太高
激光功率太低
气压太低
焦点太高
减小进给速率
增加激光功率
加大气压
降低焦点
底面上的毛刺类似熔渣，成点滴状并容易除去
进给速率太高
气压太低
焦点太高
减小进给速率
加大气压
降低焦点
连在一起的金属毛刺可以作为一整块被除去
焦点太高
降低焦点
底面上的金属毛刺很难除去
进给速率太高
气压太低
气体不纯
焦点太高
减小进给速率
加大气压
使用更纯的气体
降低焦点
只在一边上有毛刺
喷嘴对中不正确
喷嘴口有缺陷
对中喷嘴
换喷嘴
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
排除
材料从上面排出
功率太低
进给速率太高
出现此情况立即按暂
停按钮，以防止溶渣
飞溅到聚焦镜上。
然后增加功率
减小进给速率
倾斜面切割
两面好，两面差
极化反射镜不合适，安装不正确或有缺陷
极化反射镜安装在了偏转镜的位置
检查极化反射镜
检查偏转镜
蓝色等离子体，工件未切透
加工气体错误（N2）
进给速率太高
出现此情况立即按暂
停按钮，以防止溶渣
功率太低
飞溅到聚焦镜上。
使用氧气作为加工气体
减小进给速率
增加功率
切割表面不精密
气压太高
喷嘴损坏了
喷嘴直径太大
材料不好
减小气压
更换喷嘴
安装合适的喷嘴
使用表面平滑均匀的材料
无毛刺，牵引线倾斜
切口在底部变得更狭窄
进给速率太高
减小进给速率
结构钢：
用O2切割
缺陷
可能原因
排除
产生弹坑
气压太高
进给速率太低
焦点太高
板材表面有锈
加工的工件过热
材料不纯
减小气压
增加进给速率
降低焦点
使用质量更好的材料
非常粗糙的切割表面
焦点太高
气压太高
进给速率太低
材料太热
降低焦点
减小气压
增加进给速率
冷却材料
不锈钢：
用N2高压切割
缺陷
可能原因
解决办法
产生点滴状的细小规则毛刺
焦点太低
进给速率太高
抬高焦点
减小进给速率
两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，大板材的表面变色
进给速率太低
焦点太高
气压太低
材料太热
增加进给速率
降低焦点
加大气压
冷却材料
喷嘴未对中
对中喷嘴
只在切割边缘的一边产生长的不规则的毛刺
焦点太高
气压太低
速度太低
降低焦点
加大气压
提高速度
切割边缘发黄
氮气里含有氧气杂质
使用质量好的氮气
在直线截面上产生等离子体
进给速率太高
功率太低
焦点太低
出现此情况立即按暂
停按钮，以防止溶渣
飞溅到聚焦镜上
减小进给速率
增加功率
抬高焦点
光束分散
进给速率太高
功率太低
焦点太低
减小进给速率
增加功率
抬高焦点
拐角处产生等离子体
角度公差太高
调制太高
加速度太高
减小角度公差
减小调制或加速度
不锈钢：
用N2高压切割
光束在开始处发散
加速度太高
焦点太低
熔化的材料未能排出
减小加速度
抬高焦点
穿圆孔
切口粗糙
喷嘴损坏了
透镜脏了
更换喷嘴
清洗透镜，如果需要就更换
材料从上面排出
功率太低
进给速率过大
气压太高
出现此情况立即按暂
停按钮，以防止溶渣
飞溅到聚焦镜上
增加功率
减小进给速率
减小气压
铝合金：
用N2高压切割
缺陷
可能原因
解决办法
两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，很难除去
焦点太高
气压太低
进给速率太低
降低焦点
加大气压
增加进给速率
两边都产生长的不规则的毛刺，可手工除去
进给速率太低
增加进给速率
切口粗糙
喷嘴直径太大
喷嘴损坏了
气压太高
安装合适的喷嘴
更换喷嘴
减小气压
产生细小的有规则的毛刺，很难除去
焦点太低
进给速率太高
抬高焦点
减小进给速率
在直线截面上产生等离子体
进给速率太高
焦点太低
减小进给速率
抬高焦点
光束分散
进给速率太高
减小进给速率
拐角处产生等离子体
角度公差太高
调制太高
加速度太高
减小角度公差
减小调制或加速度
光束在开始处发散
进场速度太高
焦点太低
减小进场速度
抬高焦点
切口粗糙
喷嘴损坏了
更换喷嘴
材料从上面排出
功率太低
进给速率过大
出现此情况立即按暂
停按钮，以防止溶渣
飞溅到聚焦镜上
增加功率
减小进给速率
第五章注意事项
为了达到最正确加工质量，请遵守以下指示：
——周密调整机床
——依照保护打算进行保护
——遵循上述要求加工
——工件表面无铁锈或氧化皮（酸洗过的或滑腻的）
——参数与材料和板材规格匹配
——预设相互关联的参数
当注意到加工质量降低时，检查以下因数：
1.参数
2.加领班
3.光束途径
4.激光器
参数
不要修改机床购买时设置的标准参数。
为优化过的参数创建一个新的目录。
若是加工质量恶化了，就检查看存在机械上的标准参数相对优化的参数是不是已经有了实质性的改变。
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