激光切割參數(shù)設置與質(zhì)量控制

劉赟

摘要：與傳統(tǒng)切割方法相比，激光切割等具有明顯的優(yōu)勢。在實際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應根據(jù)板材尺寸、加工精度和板材形狀特點，采用各種三維激光切割平臺進行加工?？捎行ПＷC產(chǎn)品加工質(zhì)量，激光技術有更廣闊的應用市場。

關鍵詞：熱成形;激光切割;參數(shù)設置

一、引言

與傳統(tǒng)切割方法相比，激光切割等具有明顯的優(yōu)勢。由于激光切割其高精度，窄縫效果明顯，激光切割采用非接觸技術加工。隨著制造業(yè)的發(fā)展，越來越需要激光切割的質(zhì)量。特別是在航空領域，當對復雜的曲面鈑金零件進行三維激光切割時，需要根據(jù)曲面曲率實時調(diào)整激光頭的姿態(tài)和工藝參數(shù)，以保證切割質(zhì)量。通過仿真系統(tǒng)，工作人員不僅可以直觀地掌握激光切割工藝，保證加工代碼的可靠性，還可以優(yōu)化一些切割工藝問題，保證切割質(zhì)量。在實際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應根據(jù)板材尺寸、加工精度和板材形狀特點，采用各種三維激光切割平臺進行加工。目前激光切割仿真軟件的虛擬現(xiàn)場施工效率低，平臺切換復雜，學習成本高，缺少切割痕跡的實施，工藝處理模塊不完善。本文對如何做好激光切割參數(shù)設置與質(zhì)量控制進行了分析。

二、激光技術概述

激光由原子激發(fā)發(fā)射和共振放大形成。在激光聚焦后，它照射在材料上并迅速增加材料溫度以熔化或蒸發(fā)。隨著激光和被切割材料的相對運動，在切割材料上形成切口以達到切割的目的。激光雕刻是激光束穿過光導聚焦系統(tǒng)并射擊雕刻材料，在一定范圍內(nèi)移除材料，并保留未照射的材料。

三、激光切割的參數(shù)設置

激光切割參數(shù)包括切割速度、功率、氣割等內(nèi)容，激光切割分別對切割質(zhì)量和切割效率進行分析，分析不同類型的影響，但通過激光切割組合實現(xiàn)最佳配置所需的各種參數(shù)，不同工廠將根據(jù)成本結(jié)構在一定程度上對質(zhì)量和效率特別重視和權衡。

1.切割速度。激光切割激光頭可在單位時間內(nèi)沿著零件形狀移動。激光切割切割速度越高，切割時間越短，激光切割生產(chǎn)效率越高。但是，當其他參數(shù)固定時，激光切割速度與切割質(zhì)量不成線性關系。合理的切割速度是一個范圍值，低于該范圍值，激光束的能量在零件表面上保持太多而形成過度燃燒，超過該范圍值，激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料，導致切割不可穿透。

2.激光輸出功率。激光輸出功率是激光系統(tǒng)的輸出能量，激光切割代表激光束在單位時間內(nèi)熔化材料的能力。

3.焦點位置。激光輸出最終通過特殊鏡頭聚焦在功率密度最高的點。焦斑直徑與聚焦透鏡的焦深成比例。激光切割重點是根據(jù)不同位置的不同厚度設定，正確的焦點位置，是獲得穩(wěn)定切削質(zhì)量的重要條件，激光切割切割質(zhì)量與激光束有關，但也與激光束聚焦系統(tǒng)的特性有關，即激光切割聚焦后激光束的大小對激光切割質(zhì)量有很大影響。

4.輔助氣體的氣壓。在縫隙形成切口。適當?shù)臍鈮嚎梢詭椭涌旒す馇懈钏俣?，輔助氣體壓力的大小對光纖激光切割機的切割效率也有影響。如果激光切割處理材料的厚度增加或切割速度慢，則應適當降低氣體壓力。采用較低的氣壓切割可防止結(jié)霜。

5.噴嘴距離。聚焦激光通過銅噴嘴施加到部件的表面。工件和激光噴嘴之間的距離稱為噴嘴的距離。從噴嘴到部件的距離是根據(jù)流量和壓力來測量的。太遠的氣體吹氣力損失太大，廢氣流量過大，影響飛濺，適當?shù)木嚯x在0.8-1.0mm。根據(jù)不同的材料厚度選擇不同型號的噴嘴。

系統(tǒng)功能主要包括虛擬加工場景三維可視化模塊，多平臺機床運動學計算模塊，過程實施例和代碼輸出模塊。虛擬處理場景的三維可視化模塊包括虛擬處理場景構建，運動模型構建，材料去除過程模擬等。多平臺機床運動學計算模塊包括龍門五軸機床運動學計算，垂直六軸機器人和倒立機器人運動學計算，基于刀位點的P矩陣計算等。過程實施例和代碼輸出模塊包括過程缺陷顯示，碰撞檢測實現(xiàn)，過渡軌跡顯示等。激光切割場景中包括各種模型，因此它是有必要建立一個快速的方法來構建虛擬環(huán)境。各種機床平臺的結(jié)構和運動形式存在差異，點數(shù)據(jù)進行機床運動學計算，并將計算結(jié)果輸入運動模型，實現(xiàn)機床運動仿真。通過實時切割痕跡反映切割質(zhì)量，需要模擬激光切割材料的去除過程。在仿真中，反映和處理過程現(xiàn)象，最終生成相應平臺的可靠處理代碼。

四、影響激光切割質(zhì)量主要因素的分析試驗

根據(jù)影響激光切割質(zhì)量的因素分析，選擇厚度為1.0～3.0mm的熱成形件進行激光切割試驗，選擇切割塊，切割孔或切削刃進行分析。測試程序如下。

1.測試焦點位置并根據(jù)焦點的偏移進行調(diào)整。聚焦位置逐漸從3mm調(diào)整到3mm，每次增加0.5mm進行一次。記錄完成后比較切割質(zhì)量。在下一次測試中保留了具有最佳切割質(zhì)量的焦點位置。

2.調(diào)整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割狀態(tài)在焦點位置進行功率測試。功率從1000 W開始，每300 W切割一次。記錄并比較切割質(zhì)量。

3.改變切割氣體壓力。測試了第二步中具有最佳切割質(zhì)量的焦點和功率狀態(tài)。氣壓從7Pa開始，每次加入1Pa時比較切割質(zhì)量。保留具有最佳切割質(zhì)量的激光切割氣體壓力值用于下一次測試。

4.提高切割速度。測試了第三步中最佳切割質(zhì)量的焦點，功率狀態(tài)和切割氣體壓力值。切割速度從6000毫米/分鐘開始，并增加1000毫米/分鐘。記錄并比較切割質(zhì)量。

5.噴嘴距離的設定。測試了步驟4中具有最佳切割質(zhì)量的焦點，功率狀態(tài)，切割氣體壓力值和切割速度。噴嘴距離從0.6mm開始，每次增加0.2mm，直到噴嘴距離調(diào)整為1.2mm。每次記錄并比較切割狀態(tài)，最后得到最佳切割質(zhì)量的噴嘴距離值。

選擇案例1：2 mm厚度材料，調(diào)整焦點位置-3 mm，氮氣切割壓力12 Pa，噴嘴距離1 mm，切割功率3000 W，切割速度為12米/分鐘，因為各種參數(shù)調(diào)整好，切割條件好，通過各種測試，在參數(shù)調(diào)整到最合適的情況下，切割表面光滑。

五、結(jié)語

根據(jù)運動形式和運動特性，可以通過運動配置建立機床運動軸的運動模型。同時，確保每個模型的相對位置，并使用OIV讀取WRL文件功能界面，實現(xiàn)虛擬處理場景的快速構建。結(jié)合激光切割技術特點，對模型制作進行了分析，可有效保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，激光技術有更廣闊的應用市場。

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（作者單位：江蘇核工業(yè)格林水處理有限責任公司）