激光切割技術(shù)論文(激光切割技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用論文)
激光切割技術(shù)論文
激光切割技術(shù)論文
激光切割技術(shù)論文【1】
[摘 要]隨著我國技術(shù)的發(fā)展，激光切割技術(shù)得到不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍日益廣泛。
本文主要是對激光切割技術(shù)的涵義、優(yōu)點，國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及其數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析論述，希望能夠更好地了解應(yīng)用激光切割技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]激光;激光技術(shù);發(fā)展趨勢
激光技術(shù)是20世紀(jì)偉大的發(fā)明之一，自1960年第一臺激光器問世以來，固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器以及準(zhǔn)分子激光器陸續(xù)誕生;激光不同于普通光源，它具有良好的單色性和相干性，很好的方向性，極高的能量密度，這些特點使得激光廣泛地應(yīng)用于各類機械加工領(lǐng)域，如激光切割、焊接、激光淬火、激光打標(biāo)等等，而激光切割被認(rèn)為是激光技術(shù)應(yīng)用中最成熟的工藝。
下文將對激光切割技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進行詳細(xì)的論述。
一、激光切割的概述
1.激光切割的涵義
激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項應(yīng)用技術(shù)，也是激光加工中應(yīng)用最早、使用最多的加工方法。
激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡做相對運動，從而形成一定形狀的切縫。
激光切割技術(shù)經(jīng)過近幾年的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。
2.激光切割的優(yōu)點
激光切割技術(shù)具有以下優(yōu)點：
第一，精度高：定位精度0.05mm，重復(fù)定位精度0.02mm。
第二，切縫窄：激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達(dá)到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發(fā)形成孔洞。
隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。
切口寬度一般為0.10～0.20mm。
第三，切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內(nèi)。
第四，速度快：切割速度可達(dá)10m/min，最大定位速度可達(dá)70m/min，比線切割的速度快很多。
第五，切割質(zhì)量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。
第六，不損傷工件：激光切割頭不會與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。
第七，不受被切材料的硬度影響：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進行加工，不管什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。
第八，不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。
第九，可以對非金屬進行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機玻璃等。
第十，節(jié)約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節(jié)約更換模具時間，從而節(jié)省了加工費用，降低了生產(chǎn)成本，尤其適合大件產(chǎn)品的加工。
十一，節(jié)省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產(chǎn)品進行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。
十二，縮短了新產(chǎn)品制造周期：新產(chǎn)品試制，數(shù)量小，結(jié)構(gòu)不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機大大縮短了新產(chǎn)品制造周期，減少了模具投入。
二、國內(nèi)外激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀
激光切割是激光加工中應(yīng)用最早、使用最多的加工方法。
以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設(shè)備。
據(jù)統(tǒng)計，自1995年以來，CO2激光切割機的年生產(chǎn)量已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。
而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。
因此，在我國，激光切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大。
隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)需要改造，許多鈑金加工領(lǐng)域有待開發(fā)，許多工業(yè)城市也需要建立激光加工中心。
三、數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展前景
1.高速、高精度激光切割機及切割工藝
我國的數(shù)控激光切割機生產(chǎn)，經(jīng)過近20年的發(fā)展已取得了很大成就。
但與國外先進產(chǎn)品相比，還有較大差距，主要表現(xiàn)在切割機的運行速度低，動態(tài)精度差，配套功能不夠，切割工藝參數(shù)不完善和切割斷面質(zhì)量不易保證等。
為了進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，必須生產(chǎn)出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿足國內(nèi)日益增長的生產(chǎn)需要，數(shù)控激光割機應(yīng)具備專用切割工藝參數(shù)，配有激光專用自動編程系統(tǒng)及自動排料、套料系統(tǒng)，減少編程時間，提高板材利用率。
數(shù)控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產(chǎn)率，充分利用激光能源，降低生產(chǎn)成本。
2.厚板激光切割技術(shù)的應(yīng)用范圍想著重工業(yè)的方向發(fā)展
由于大功率CO2激光器光束模式的改進和激光切割技術(shù)進步，使厚板激光切割技術(shù)的應(yīng)用逐漸增加，同時由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長，激光切割正從輕工業(yè)的鈑金加工業(yè)向建筑機械、橋梁、造船等重工業(yè)方向發(fā)展。
3.三維高精度大型數(shù)控激光切割機及其應(yīng)用領(lǐng)域
工藝技術(shù)三維數(shù)控激光切割機主要應(yīng)用于汽車制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。
其主要特點是：床身剛性好、加工范圍大;龍門式結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)高速、高精度的切割;三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線運動，且能進行C軸旋轉(zhuǎn).數(shù)控系統(tǒng)采用5軸或6軸聯(lián)動系統(tǒng)，具有空間立體編程簡單、操作方便和可靠性高的特點。
目前國內(nèi)企業(yè)對三維激光切割機已經(jīng)有需求，隨著市場和經(jīng)濟的快速發(fā)展，在汽車、航空、機車及工程機械等行業(yè)對三維激光切割機的需求將會不斷增大，因此，開發(fā)出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。
4.數(shù)控激光切割技術(shù)在農(nóng)機制造中的應(yīng)用
農(nóng)業(yè)機械種類繁多，更新?lián)Q代迅速，新產(chǎn)品研制周期長，而且多數(shù)種類的產(chǎn)品都屬于小批量生產(chǎn)，農(nóng)機產(chǎn)品的鈑金加工件一般采用4～6mm鋼板，板金件種類多，并且更新快，傳統(tǒng)的農(nóng)機產(chǎn)品板金加工件通常采用沖床方式，模具消耗大，通常一個大型的農(nóng)機生產(chǎn)廠家用于模具存放的庫房就近300m2，由此可見，農(nóng)機部件的加工如果仍然停留在傳統(tǒng)的方式，將嚴(yán)重制約產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代與技術(shù)開發(fā)，而數(shù)控激光切割技術(shù)的柔性加工優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。
四、結(jié)束語
隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國數(shù)控激光切割成套設(shè)備已進入快速增長期，年增長率達(dá)50%以上。
應(yīng)用行業(yè)包括：汽車、船舶、航空、核工業(yè)、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。
在2006年全國激光加工學(xué)術(shù)年會上，專家們認(rèn)為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數(shù)控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數(shù)控激光切割機市場需求量將達(dá)到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數(shù)控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統(tǒng)的'需求也與日俱增。
參考文獻
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激光切割技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢【2】
摘要：介紹了激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了該技術(shù)的發(fā)展日標(biāo)及需要解決的技術(shù)問題。
關(guān)鍵詞：激光切割機 現(xiàn)狀 發(fā)展
引言
激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項應(yīng)用技術(shù)，也是激光加工中應(yīng)用最早、使用最多的加工方法。
它占整個激光加工業(yè)的70%以上。
激光切割與其他切割方法相比，最大區(qū)別是它具有高速、高精度和高適應(yīng)性的特點。
同時還具有割縫細(xì)、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量好、切割時無噪聲、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、切割過程容易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。
可切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等。
激光切割板材時，不需要模具，可以替代一些需要采用復(fù)雜大型模具的沖切加工方法，能大大縮短生產(chǎn)周期和降低成本。
因此，目前激光切割已廣泛地應(yīng)用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。
近年來，激光切割技術(shù)發(fā)展很快，國際上每年都以15%一20%的速度增長。
一、概述國內(nèi)外激光切割應(yīng)用現(xiàn)狀
激光切割是激光加工中應(yīng)用最早、使用最多的加工方法。
激光切割技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用論文
激光切割技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用論文
1激光切割技術(shù)的發(fā)展
雖然激光切割技術(shù)先進的應(yīng)用范圍非常廣泛，應(yīng)用技術(shù)較為成熟，但是追本溯源就會發(fā)現(xiàn)激光切割技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展歷程。首先，汽化切割。在應(yīng)用汽化切割的過程中，激光切割技術(shù)的功率必須達(dá)到108W/cm2。在此次加工操作的過程中，加工部件會將大量的已經(jīng)照射到表面激光全部吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而沒能被吸收的激光將會在照射的過程中反射出去。這樣就能夠促使加工件表面達(dá)到沸騰所需的溫度。隨后沸騰會將工件的表面形成一定狀態(tài)的鑰匙孔。與此同時，加工件在氧化等因素的影響下，被吸收的激光束功率會增大。在此次加工操作的過程中，蒸汽將熔融材料帶走，促使材料汽化成切口。這種切割技術(shù)較長應(yīng)用于塑料、陶瓷劃片以及切割不融化等材料。其次，融化切割。這種切割技術(shù)激光產(chǎn)生的功率也必須使得工件表面形成鑰匙孔，但是該種切割技術(shù)產(chǎn)生的融化物并不是由汽化過程進行清除，而是需要經(jīng)過輔助氣吹除，氣體噴出通常與激光束保持同心。融化切割并不會有吸收和反射的問題產(chǎn)生。這種激光切割技術(shù)主要應(yīng)用在能夠與氧產(chǎn)生放熱反應(yīng)的材料，如鋁等。最后，反應(yīng)融化切割。在材料切口處材料氧化燃燒生成熔融氧化物后被吹出形成切口，通過切口放出熱量供給相鄰的材料，進而促使相鄰材料達(dá)到燃點所需的溫度，促使切割繼續(xù)進行。
2激光切割技術(shù)在機械制造業(yè)中的應(yīng)用
在實際應(yīng)用的過程中，激光切割技術(shù)同樣被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)中。而機械制造業(yè)應(yīng)用激光切割技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面。
2.1激光切割技術(shù)零件
在金屬零件加工的過程中，通常都是應(yīng)用小批量多品種進行代替沖壓。如果批量在5萬以下的情況時，就可以應(yīng)用激光切割技術(shù)來代替，這樣就能夠節(jié)約一定的經(jīng)濟效益。通常情況下，激光切割技術(shù)的精度可以達(dá)到0.1mm左右。這種精度比應(yīng)用模具的精度還要高。這種技術(shù)應(yīng)用在機械制造中。美國有家公司就應(yīng)用激光切割技術(shù)對汽車樣車的小批量多品種鋼板零件，且切割效果較為良好。另外，在一些大型的燃?xì)廨啓C會熱氣構(gòu)件、直升飛機葉片等材料以及加工成型的過程中都廣泛的應(yīng)用了激光切割技術(shù)。
2.2激光切割技術(shù)應(yīng)用于模具制造
在機械制造中，激光切割技術(shù)應(yīng)用于模具制造中，主要表現(xiàn)在兩方面。一方面是使用激光切割技術(shù)切割鋼板制造疊層模具。應(yīng)用激光切割鋼板的的時候，通常在鋼板厚度為6mm以下的情況時，就能夠達(dá)到很高的.精度。另外一方面是使用薄板疊成的三維成型模具。在應(yīng)用的過程中使用計算機輔助設(shè)計以及計算機輔助制造成形狀漸變的薄板。這種三維立體成型模，可以應(yīng)用在塑料成型與金屬模鑄造。
2.3非金屬材料制品的激光切割
通常情況下，非金屬材料對激光的吸收率非常高，對切割非常有幫助。如模板激光切割加工、手表寶石打出軸孔、金剛石拉絲磨損后再生等都是非金屬材料制品的激光切割技術(shù)應(yīng)用的典型例子。
3激光切割技術(shù)的發(fā)展
最近幾年，激光技術(shù)在不斷被應(yīng)用和發(fā)展的過程中，不斷朝著新的方向發(fā)展。首先，電弧輔助激光切割。激光照射到工件的背面就會產(chǎn)生熱點，促使電弧更為集中。在此過程中，電弧能量能夠提高殘渣的流動性，因而可以加快切割的速度。通常情況下，在切割厚度為4mm的低碳鋼板的過程中，激光功率都會達(dá)到1500W，電弧功率達(dá)到3000W，在氧氣壓力達(dá)到一定量時，切割的速度就會達(dá)到52mm/s。其次，水冷敷激光切割技術(shù)。這種激光切割技術(shù)是在1988年提出來的。切割的過程中采用二氧化碳激光器切割2mm后的鋼板。與此同時，切割的時候水壓一定，光束為1mm的時候，激光切割家水冷卻就能夠達(dá)到相應(yīng)的數(shù)值。最后就是紅紫外線雙波激光切割。這是一種相對而言非常先進的一種加工技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)需要產(chǎn)生較大的功率，促使該技術(shù)達(dá)到良好的切割效果。
4結(jié)語
綜上所述，在信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，激光切割技術(shù)在發(fā)展的過程中也已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。在激光切割技術(shù)更為成熟的過程中，機械制造借行業(yè)應(yīng)用激光切割技術(shù)更能夠體現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。而激光切割技術(shù)在各個行業(yè)應(yīng)用的過程中將發(fā)展的更成熟。