激光切割机喷嘴设计及气流控制技术有什么要求?
喷嘴设计及气流控制技术:激光切割钢材时,氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处,从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大,速度要高,以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应;同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此,除光束的质量及其控制直接影响切割质量外,喷嘴的设计及气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)也是十分重要的因素。
激光切割用的喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造,体积较小,是易损零件,需经常更换,因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn(表压为Pg)的气体,称喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经一定距离到达工件表面,其压力称切割压力Pc,最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加,气流流速增加,Pc也不断增加。
可用下列公式计算:V=8.2d2(Pg+1)
V-气体流速L/min
d-喷嘴直径mm
Pg-喷嘴压力(表压)bar
对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力超过此值时,气流为正常斜激波,气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度(n)两因素有关:如氧气、空气的n=5,因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2时(Pn;4bar),气流正常斜激波封变为正激波,切割压力Pc下降,气流速度减低,并在工件表面形成涡流,削弱了气流去除熔融材料的作用,影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴,其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度,可根据空气动力学原理,在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波,设计制造一种缩放型喷嘴,即拉伐尔(Laval)喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器,透镜焦距2.5〃,采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验,见图4。试验结果如图5所示:分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下,切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa(或4bar)时切割速度只能达到2.75m/min(碳钢板厚为2mm)。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射,使切割压力呈周期性的变化。
第一高切割压力区紧邻喷嘴出口,工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm,切割压力Pc大而稳定,是工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm,切割压力Pc也较大,同样可以取得好的效果,并有利于保护透镜,提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远,与聚焦光束难以匹配而无法采用。
一般情况下,使用激光切割机时,我们建议用户将起割点位置设计在钢板边缘。考虑到火焰切割的预热问题,尽量不要使用“穿孔—切割”的方式,其主要原因是因为采用边缘作为起始点会延长易损件的寿命。正确的方法是将喷嘴直接对准工件的边缘后再启动等离子弧。
一般套料软件分几个部分:绘图模块,编程模块,套料模块,校正模块,nc输出模块。
流程大致是用cad等软件画好要切割的零件图,保存为激光切割机使用的软件能读入和编辑的格式,比如dxf格式。然后在“套料软件”上进行处理,套料,然后在转换成与激光切割机厂家相对应的nc代码,就可以把程序放入激光切割机设备上进行切割了。
激光切割机的操作一般分为两个部分:激光切割机程序的制作(这一部分是在电脑上完成)、激光切割机上的操作(即切割,生产)
激光切割机厂家在销售设备的时候,会对用户的操作人员进行培训的,一般机器的操作培训一两周就可以了。软件部分一般三四天就可以了。
楼主如果会cad软件的话,两三天就可以做程序了,但是设备的操作还得跟激光切割机供应商从零学起。
焦点位置控制技术、切割穿孔技术、喷嘴设计及气流控制技术。
激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。
任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔,然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基该方法:
(1)爆破穿孔:材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。
(2)脉冲穿孔:采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成,立即将辅助气体换成氧气进行切割。
激光切割技术具有以下优点:
第一,精度高:定位精度0.05mm,重复定位精度0.02mm。
第二,切缝窄:激光束聚焦成很小的光点,使焦点处达到很高的功率密度,材料很陕加热至气化程度,蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10-0.20ram。
第三,切割面光滑:切割面无毛刺,切口表面粗糙度一般控制在Ral2.5;A内。
第四,速度快:切割速度可达lOm/min,最大定位速度可达70m/m/n,比线切割的速度快很多。
第五,切割质量好:无接触切割,切边受热影响很小,基本没有工件热变形,完全避免材料冲剪时形成的塌边,切缝一般不需要二次加工。
以上内容参考:百度百科-激光切割技术