4th
激光切割加工的原理可以概括為以下幾個關鍵點:
一、基本原理
激光切割是利用高功率密度的激光束作為熱源,通過計算機輔助設計和計算機輔助制造技術,按照預先設計好的切割軌跡,照射到被加工工件上。激光束的能量使被照射的材料表面迅速熔化、汽化或分解,同時借助與光束同軸的高速氣流(或產生的金屬蒸氣壓力)將熔融或氣化的物質吹離,從而在材料上形成微小的切縫,實現切割目的。
二、具體過程
激光束聚焦:激光束通過聚焦鏡聚焦成很小的光點,聚焦後的激光束能量密度極高,能夠迅速加熱材料至熔化及氣化溫度。
材料熔化與氣化:當激光束照射到材料表面時,材料迅速吸收激光能量並被加熱至熔化及氣化溫度。部分材料直接化作蒸汽逸去,部分材料則熔化成液態。
吹除熔融物:與激光束同軸的高速氣流(如氧氣、氮氣等)將熔化或氣化了的材料從材料下部吹出,確保切縫的清晰和連續。
光束與材料相對移動:隨著光束與材料的相對移動,孔洞逐漸擴展並形成寬度很窄的切縫,從而實現材料的切割。
三、切割機制分類
根據激光切割的機理,可以將其分為以下幾類:
氣化切割:工件在激光作用下快速加熱至沸點,部分材料化作蒸汽逸去,部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。這種切割方式需要較大的激光功率和功率密度,多用於極薄金屬材料和非金屬材料的切割。
熔化切割:激光將工件加熱至熔化狀態,與光束同軸的氩、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。這種切割方式適用於較厚的金屬材料。
激光氧氣切割:金屬被激光迅速加熱至燃點以上,與氧發生劇烈的氧化反應(即燃燒),放出大量的熱,又加熱下一層金屬。金屬被繼續氧化,並借助氣體壓力將氧化物從切縫中吹掉。這種切割方式主要用於碳鋼等易氧化的金屬材料的加工。
控制斷裂切割:這種切割方式通過激光束在材料內部產生熱應力或裂紋,進而控制材料的斷裂過程來實現切割。不過,這種切割方式在實際應用中相對較少見。
四、特點與優勢
激光切割加工具有以下特點與優勢:
切割質量好:切口細窄、表面光潔美觀、工件變形小、切割精度高。
切割效率高:整個切割過程可以全部實現數控,切割速度快。
非接觸式切割:與工件無接觸,不存在工具磨損問題。
適用範圍廣:可用於各種金屬材料和非金屬材料的切割加工。
綜上所述,激光切割加工是一種高效、精確、非接觸的加工方式,在現代制造業中具有廣泛的應用前景。