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光纤激光薄板切割的关键因素

2014-09-23 15:17
棒棒书香
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  切割技术不断改进,而光纤激光切割成为目前本行业最前进的技术之一。光纤激光切割技术仅在近几年内出现却以高的电光转化效率,和低的使用成本和维护费用,受到了越来越多人的青睐。本文将着重分析光纤激光薄板切割的关键因素……

        1.引言

  1.1激光技术现状

  近年来,激光技术在我国飞速发展,特别是低碳环保概念的推广,光纤激光以高的电光转化效率,和低的使用成本和维护费用,受到了越来越多人的青睐。激光技术在我国工业加工领域得到日益广泛的应用,它具有切割速度快,切口宽度窄,实用范围广,精度高等诸多优势。激烈的市场竞争,使大家对激光切割质量更加关注。

  1.2影响激光切割质量的因素

  由上图我们可以清除的看到激光切割加工过程非常复杂,影响因素有很多,如果控制不当,其切割精度和质量将会受到很大的影响。如何能够准确,快速,有效的把握好影响光纤切割质量的关键因素,显得十分重要。

  1.3激光切割原理

  激光切割是利用聚焦镜将准直好的激光束聚焦在切割材料表面,将高能量密度的激光束注入到材料表面,使材料熔化或汽化,同时与激光束同轴的压缩气体由喷嘴喷出,将熔化或汽化的材料由切口底部吹出。然后经过控制平台的运动,形成切割轨迹,得到所需的图形。

  2光纤激光薄板切割工艺研究

  2.1实验思路及方法

  实验设备

  实验设备包括激光加工工业级平台,其重复定位精度为+/-0.01mm,调高采用高精密自动跟踪电容式调高器,以及高倍光学显微镜及粗糙度测试仪,实验的激光器采用上海飞博激光科技有限公司生产的MARS 500w的单模激光,纤径为20um。CW模式平均功率为500w,在QCW调制脉冲模式下,峰值功率可达到1000w。

  本次不锈钢切割实验采用QCW连续切割,经过准直和聚焦后光斑直径约为33um,切割图形为20mm*20mm方形,为避免激光切口处对切割横截面的影响,该实验加入了5mm的引入线和2mm的引出线。

  2.2实验方法

  由光纤激光产生的一定功率和能量密度的连续激光,通过准直,聚焦等光学系统垂直作用在碳钢板上,在辅助切割气体N2的帮助下,形成熔渣,并把熔渣排除后形成割缝,然后经过控制平台的运动,形成切割轨迹,得到所需的图形。用高倍光学显微镜观察切割表面质量并作出样品评估。通过粗糙度仪测得切割截面的粗糙度RZ值填到C9一栏中。对整个实验过程进行全因子数据分析,找到主效应变量,并寻找最佳切割参数方向。

  2.3实验设计

  全因子实验设计也叫做析因设计,就是实验中所涉及到的全部实验因素的各水平全面组合形成不同的实验条件,每个实验条件下进行两次或两次以上的独立重复实验。全因子实验设计的最大优点是所获得的信息量很多,可以准确地估计各实验因素的主效应的大小,还可估计因素之间各级交互作用效应的大小;其最大缺点是所需要的实验次数最多,因此耗费的人力、物力和时间也较多,当所考察的实验因素和水平较多时,研究者很难承受。所以本次实验的启动参数是以一组经验参数开始的,在本次实验中以下参数是保持不变的:准直和聚焦光学系统,喷嘴的直径,激光功率,切割高度和切割辅助气体的种类。在上述条件不变时,研究切割速度,切割气体N2的气压,离焦量和焦点位置四组参数因子对切割质量的影响。

  图1 切割因素变量

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