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碳钢中厚板材上的激光穿孔及解决方案

导读: 目前钣金制造中,激光加工机以其优越的生产灵活性、极高的板材利用率和加工范围的广泛性,而受到钣金业者的普遍欢迎。

  目前钣金制造中,激光加工机以其优越的生产灵活性、极高的板材利用率和加工范围的广泛性,而受到钣金业者的普遍欢迎。不过,随着人工费、材料费的不断攀升,以及产品价格的激烈竞争,对生产效率的提高提出了更高要求。所谓提高生产效率就是用尽可能短的时间完成尽可能多的生产任务。因此,缩短生产时间就成为各激光机厂商极力追求的目标。通常所说的生产时间可分为加工准备时间和激光加工时间。加工准备时间包括上下料时间和加工程序准备时间。激光加工时间则包括穿孔时间、切割时间及空走移动时间。这些时间的短缩有些要在机械性能上提高,有些要在软件上改进,更有些要在物性及激光切割机理上深入研究才能达到一定效果。本文着重讨论了在碳钢中厚板材加工中,三菱 eX 系列激光加工机的穿孔解决方案,希望为激光加工机操作者和生产管理者提供有益的借鉴。

  激光穿孔原理

  激光穿孔的基本原理为:当一定能量的激光束照射在金属板材表面时,除一部分被反射以外,被金属吸收的能量使金属熔化形成金属熔融池。而熔融的金属相对金属表面的吸收率增加,即能够更多地吸收能量加速金属的熔融。此时适当地控制能量和气压就能除去熔池内的熔融金属,并不断地加深熔池,直至穿透金属。基于激光穿孔的这种原理,在实际应用中采用两种方式脉冲波穿孔和连续波穿孔。

  ①脉冲波穿孔原理:用高峰值、低占空比的激光波击打被加工物,由于激光照射的时间严格说是断续的,同时其使用的平均能量比较低,因此被加工材料全体所吸收的热量相对较少。同时,被高峰值激光束照射熔融的金属残渣也会在不断击打与辅助气体的共同作用之下被排出所穿孔径。这样的不断循序渐进直至孔径穿透被加工物。

  随着高峰值激光脉冲波的不断击打和辅助气体的吹拂,被加工工件经过了受热、熔融以及排出熔渣的过程。穿孔周围的残热影响较少,在穿孔部位残留的残渣也较少。这样穿出的孔也比较规则且尺寸较小,对开始的切割也基本不会产生影响。

  脉冲波穿孔的特点是工件成功率高、对工件中小孔加工不会产生影响、适合精密加工,另外由于给工件材料的输入的融热较少,对切割工件的稳定性有一定帮助。其不足之处是穿孔时间相对较长,对加工效率有一定影响。图 1 给出了 12mm 碳钢的穿孔实例。

  ②连续波穿孔原理:用一定能量的连续波激光束,伴随相应的辅助气体,作用于被加工物体。使其大量的吸收能量而熔融,达到快速穿透的目的。

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