20世纪20年代爱因斯坦提出的光受激辐射的概念预见了激光的产生, 40年后的1960年美國(guó)科(kē)學(xué)家梅曼率先研制成功的第 一台红宝石激光器标志(zhì)着激光的正式诞生, 随后, 激光技术迅猛发展。继固體(tǐ)激光器后,气體(tǐ)激光器、化學(xué)激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导體(tǐ)激光器、X 射線(xiàn)激光器和光纤激光器相继问世,应用(yòng)领域也扩展到诸如電(diàn)子、轻工、包装、礼品、小(xiǎo)五金工业、医疗器械、汽車(chē)、机械制造、钢铁、冶金、石油等,為(wèi)传统工业的技术改造和制造业的现代化提供先进的技术装备。
激光与普通光相比有(yǒu)4个特性即: 单色性( 单一波長(cháng)) 、相干性、方向性和高光强。激光束易于传输, 其时间特性和空间特性可(kě)以分(fēn)别控制,经聚焦后可(kě)得到极小(xiǎo)的光斑, 具有(yǒu)极高功率密度的激光光束可(kě)以熔化、气化任何材料,也可(kě)对材料的局部區(qū)域进行精密快速加工。加工过程中输入工件的热量小(xiǎo),热影响區(qū)和热变形小(xiǎo); 加工效率高；易于实现自动化。激光技术是一门综合性高新(xīn)技术, 涉及光學(xué)、机械學(xué)、電(diàn)子學(xué)等學(xué)科(kē)。同样, 激光加工设备也涉及到众多(duō)學(xué)科(kē),因而决定了它的高科(kē)技性和高收益率。纵观國(guó)际和國(guó)内激光应用(yòng)情况经过多(duō)年的研究开发和完善, 当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟,形成了系列激光加工工艺。
现在我们介绍下激光加工技术在金属切割方面的应用(yòng)情况。
1 激光切割的特点及应用(yòng)
激光切割是当前各國(guó)应用(yòng)最多(duō)的激光加工技术, 在國(guó)外许多(duō)领域, 例如,汽車(chē)制造业和机床制造业都采用(yòng)激光切割进行钣金零部件的加工。随着大功率激光器光束质量的不断提高, 激光切割的加工对象范围将更加广泛,几乎包括了所有(yǒu)的金属和非金属材料。例如可(kě)以利用(yòng)激光对高硬度、高脆性、高熔点的材料进行形状复杂的三维立體(tǐ)零件切割,这也正是激光切割的优势所在。
现在, 选用(yòng)激光切割系统的企业主要分(fēn)两类: 一类是大中型制造企业, 这些企业生产的产品中有(yǒu)大量板材需要下料、切料,并且具有(yǒu)较强的经济和技术实力; 另一类统称為(wèi)加工站, 专门对外承接激光加工业務(wù),自身没有(yǒu)主导产品。它的存在一方面可(kě)满足一些中小(xiǎo)企业加工的需要, 另一方面在初期对推广应用(yòng)激光切割技术带来宣传示范的作用(yòng)。
激光切割的几项关键技术是光、机、電(diàn)一體(tǐ)化的综合技术。激光光束的参数、机器与数控系统的性能(néng)和精度都直接影响激光切割的效率和品质。激光切割的精 准度、效率和品质因不同的参数而改变，如切割功率、速度、频率、材料厚度及材质等, 故操作人员的丰富经验尤其重要。
1.1 激光切割的主要优点
(1) 切割品质好: 切口宽度窄( 一般為(wèi)0.1-0.5mm) 、精度高( 一般孔中心距误差0.1- 0.4mm,轮廓尺寸误差0.1～0.5mm) 、切口表面粗糙度好( 一般Ra為(wèi)12.5～25μm) , 切缝一般不需要二次加工即可(kě)焊接。
(2) 切割速度快, 例如采用(yòng)2kW激光功率, 厚度8mm的碳钢切割速度為(wèi)1.6m/min；厚度2mm的不锈钢切割速度為(wèi)3.5m/min, 热影响區(qū)小(xiǎo), 变形极小(xiǎo)。
(3) 清洁、安全、无污染, 大大改善了操作人员的工作环境。
激光切割属于非接触光學(xué)热加工, 被誉為(wèi)“永不磨损的万 能(néng)工具”。工件可(kě)以进行任意形式的紧密排料或套裁,使原材料得到充分(fēn)利用(yòng)。由于是非接触加工, 加工后的零件的扭曲现象降至最 低并减少了磨损量。
其实激光切割亦有(yǒu)其不足之处, 就精度和切口表面粗度而言, 激光切割未能(néng)超过電(diàn)加工,就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水准。另外它亦不能(néng)像转塔冲床一样进行成型、攻牙及折边等。
1.2 激光切割与冲床的比较
以前, 钣金加工行业利用(yòng)传统冲床进行冲压, 以后发展至数控转塔冲床及复合机床。随着社会进步,激光切割技术亦被引入至金属加工行业,目前已成為(wèi)工业上板材切割的一种发展迅速、应用(yòng)广泛的先进加工方法。据非正式统计, 我國(guó)在工业生产中使用(yòng)的激光切割系统累计已超过500台,约占全世界正在运行系统总量的2%。
在金属加工行业中, 激光切割广泛应用(yòng)于厚度不超过20mm 的低碳钢及8mm的不锈钢, 其中钣金件大多(duō)数為(wèi)轮廓形状复杂及批量不大,例如自动電(diàn)梯结构件、升降電(diàn)梯面板、机床及粮食机械外罩、各种電(diàn)气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大電(diàn)机硅钢片等。另外,一些装饰、广告、服務(wù)行业用(yòng)的金属图案、标识、字體(tǐ)亦可(kě)利用(yòng)激光切割制造。
数控砖塔冲床适合大批量生产形状简单的产品。成品有(yǒu)電(diàn)气柜、通讯系统交换机柜、電(diàn)梯门板及扶手面板、钢制家具等。从相同的切割加工与冲压条件相比较,激光切割机的价格一般比数控砖塔冲床高, 但由于其灵活性及其它各方面的优势(例如激光切割只需按照绘图形状切割、另外亦不需制造模具,使生产周期缩短) 。近年来, 部分(fēn)厂商(shāng)逐渐意识到它所带来的高效益, 為(wèi)了提升市场竞争力, 企业在拥有(yǒu)多(duō)台数控砖塔冲床的同时,購(gòu)置激光切割机, 以适应各类型的产品。所以, 与其说激光切割机与数控砖塔冲床存在竞争, 到不如说是互相补充更為(wèi)贴切。
2 激光切割的典型应用(yòng)
2.1 汽車(chē)领域的应用(yòng)
先进的三维激光设备, 不但可(kě)以实现車(chē)體(tǐ)零件的切割, 还可(kě)实现整个轿車(chē)車(chē)身整體(tǐ)的切割、焊接、热处理(lǐ)、熔覆、甚至三维测量,从而实现常规加工无法实现的技术要求。德國(guó)通快公司的三维激光设备在奔驰公司、奥迪公司、宝马公司、大众公司、通用(yòng)公司、福特公司、雷诺公司、SKODA公司、欧宝公司、SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克莱斯勒公司成功地应用(yòng)多(duō)年。
2.2 航空领域的广泛应用(yòng)
國(guó)际上众多(duō)的航空发动机企业采用(yòng)三维激光设备进行燃烧器段的高温合金材料的切割和打孔任務(wù),在军用(yòng)和民(mín)用(yòng)航空器的铝合金材料或特殊材料的激光切割都获得了成功。
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【金属激光切割设备】主要用(yòng)于切割不锈钢、碳钢、铝、铜、铝合金、铁、黄金、银等厚度為(wèi)1.0~25mm的板材；
【不锈钢激光切割设备】稳定、可(kě)靠的经典龙门双驱结构，自动交换工作台，在切割的同时在另外一个工作台上下料，方便快捷省时；
【光纤激光切割】具备高速的移动速度、加速度性能(néng)以及动态性，是博奥激光针对高效率而专门研发的一款产品，其切割0.5mm不锈钢的速度达到100m/min；
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