1激光設(shè)備
激光設(shè)備采用Trumpf公司激光沖裁復(fù)合加工中心。
2激光束參數(shù)
激光系統(tǒng)一般由激光器、激光傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)組成，其核心為激光器。
激光器為CO2氣體脈沖式激光器。光束橫截面上光強(qiáng)分布接近高斯分布．具有極好的光束質(zhì)量，主要性能指標(biāo)如下：
激光波長：10.61xm
脈沖功率：2.4kW;脈沖寬度；約l0ms
功率密度：107W/cm2；激光發(fā)散角：1mrad
激光功率穩(wěn)定度：2％
激光束焦點(diǎn)直徑：Φ0.15-Φ0.30
經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，激光沖裁復(fù)合加工中心CO2激光切割加工δ0.5mm-δ6mm板材的工藝特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)是：
圖1 氧氣切割碳鋼切縫粗糙度與料厚的關(guān)系
�。�1）切口寬度窄（一般為0.15-0.30mm）、精度高（一般孔中心距誤差為0.01-0.05mm，輪廓尺寸誤差為0.05-0.2mm）、切口表面粗糙度好（一般Rz為1.6-6.41μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。
由圖2可以看出切縫粗糙度與料厚成正比。
�。�2）采用2kW激光功率，6mm厚不銹鋼的切割速度為1.2m/min；δ2mm厚不銹鋼的切割速度為3.6m/min，熱影響區(qū)微小，變形極小。以上優(yōu)點(diǎn)足以證明：CO2激光切割成為發(fā)展迅速的一種先進(jìn)加工方法。
由圖3可以看出材料的最大切割速度與料厚成反比。
圖2 幾種常見材料的最大切割速度與料厚的關(guān)系
3工藝過程及工藝參數(shù)
3.1 數(shù)控編制切割工藝
用Trumpf公司激光沖裁復(fù)合加工中心附帶的TOPS300工藝編程軟件進(jìn)行數(shù)控編程，同時完成材料的下料尺寸計算、排樣、工藝參數(shù)設(shè)定。過程如下：
�。�1）繪圖及圖形類型的轉(zhuǎn)換（要求零件外輪廓閉合）；
（2）確定材料、尺寸和零件排樣；
�。�3）使用激光切割：圓角工藝（獲得銳邊倒鈍）或回路工藝（獲得銳角）；自動載入氣體類型、切割速度，并設(shè)置退料；
�。�4）加工順序優(yōu)化，生成數(shù)控加工程序，傳輸程序；
3.2 切割穿孔技術(shù)
對于δ0.5mm-δ6mm厚的板材．大多數(shù)熱切割技術(shù)都必須在板上穿一小孔。激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔。然后再用激光從小孑L處開始切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)一般用脈沖穿孔的基本方法——脈沖穿孔：金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5％～10％。當(dāng)功率密度超過106W/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時。卻能在微秒級的時間內(nèi)很快使表面開始熔化。常用空氣或氮?dú)庾鳛檩o助氣體，每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射。逐步深入，因此厚板穿孑L時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成，立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割。（注：產(chǎn)生高峰值功率脈沖激光的元?dú)饧娮庸軌勖s20000小時,價格昂貴,對δ≤3薄板最好采用預(yù)沖孔工藝，δ≥3的板料才采用脈沖穿孔工藝）。
3.3 噴嘴及氣流控制
激光切割鋼材時，氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處。從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)，同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。目前激光切割用的噴嘴采用一錐形孔帶端部小圓孔的結(jié)構(gòu)．在使用時從噴嘴側(cè)面通入一定壓力。材質(zhì)為純銅，體積較小，是易損零件。
3.4 激光切割的主要工藝
（1）升華切割
在高功率密度激光束的加熱下。δ0.5mm～δ6mm板材的表面溫度會迅速升至沸點(diǎn)溫度。部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流吹走。切割氣體一般用氮?dú)饣驓鍤狻?BR>
（2）高壓氣聚焦熔化切割
當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后．光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞。它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化物質(zhì)所包圍。然后．與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。切割氣體一般用氮?dú)狻?表1 切割氣體氧氣和氮?dú)獾谋容^
（3）火焰氧化熔化切割
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體。材料在激光束的照射下與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，稱為氧化熔化切割。切割氣體一般用氧氣。切割氣體氧氣和氮?dú)獾谋容^見表1。 3.5 激光切割氣體的消耗
激光切割氣體的消耗如圖4和圖5所示。由圖4可以看出，對于δ0.5mm-δ6mm的同一種料厚的板料，單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氧氣氣體體積隨著使用壓力提高而提高，對于不同料厚的板料，在同一壓力下單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氣體體積增量與料厚增量的平方成正比。
圖3 氧氣消耗圖
圖4 氮?dú)庀膱D
由圖5可以看出。對于δ0.5mm-δ6mm的同一種料厚的板料，單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氮?dú)鈿怏w體積隨著使用壓力的提高而提高，對于不同料厚的板料．在同一壓力下單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氣體體積增量與料厚增量的平方成正比。由于氮?dú)鈮毫υ?bar以上才對切割起到有效作用。所以氣體消耗量大。
3.6 常用工程材料的激光切割
（1）碳鋼
切割碳鋼使用純氧作為輔助氣體。本激光加工中心可以切割碳鋼板的最大厚度可達(dá)8mm，對厚板其切縫為0.3mm。對薄板其切縫可窄至0.2mm左右。
（2）不銹鋼
切割不銹鋼使用高壓氮?dú)庾鳛檩o助氣體。本激光加工中心可以切割不銹鋼板的最大厚度可達(dá)6mm，對利用不銹鋼及S-06薄板作為主構(gòu)件來說是個有效的加工工具。切邊熱影響區(qū)很小，能有效保持此類材料的良好耐腐蝕性。
（3）鋁及鋁合金
切割鋁使用高壓氮?dú)庾鳛檩o助氣體。鋁切割屬于熔化切割機(jī)制，由于鋁對激光的反射率較高。只可以對較薄的鋁板材進(jìn)行切割。本激光加工中心所切割的鋁合金厚度δ<4mm。所用輔助氣體主要用于從切割區(qū)吹走熔融產(chǎn)物。通�？色@得較好的切面質(zhì)量。
（4）銅及銅合金
純銅（紫銅）由于反射率太高，基本上不能用CO2激光束切割。
（5）鎳基合金
鎳基合金也稱超級合金，品種很多。其中對GHll3l、GHll40已做過工藝試驗(yàn)，成功實(shí)施激光切割而且斷面質(zhì)量良好。
