哈尔滨商业大学学报激光切割狭缝技术的研究曲存景王扬哈尔滨工业大学机械工程系黑龙江哈尔滨150001工艺参数辅助工艺参数等对切割缝宽和缝面质量的影响优化加工参数可在金属零件上加工出缝宽0.05mm的狭缝1狭缝加工方法介绍由于狭缝几何尺寸的特征在现代工业和科学技术中的应用日益增多用途不同狭缝的形状多样对于缝宽小于0.1mm的狭缝属于精细加工的范畴加工工艺复杂加工难度大目前加工狭缝的工艺方法主要有1机械切除法2化学电化学去除法3电火花和线切割法4激光切割法采用机械切除法和化学电化学去除的工艺方法仅适用于狭缝形状简单并且允许沿狭缝把零件分成两体待狭缝加工好后再拼装的零件采用电火花的工艺方法工具电极的形状与狭缝的形状相同其尺寸要小于狭逢尺寸考虑放电间隙的影响加工形状复杂的狭缝时工具电极的制做十分困难而且工具电极的横截面积小容易变形加工时在火花放电和工作液的冲击下稳定性差狭缝尺寸和质量不易保证采用线切割的工艺方法工具电极是电极丝适用于形状复杂半封闭狭缝的加工对封闭式狭缝的加工需要在零件上预加工穿丝孔如果穿丝孔影响零件的使用功能就不能用线切割加工另外采男哈尔滨工业大学机械工程系高工主要研究方向难加工材料切削哈尔滨商业大学学报（自然科学版）用线切割工艺方法狭缝缝宽受电极丝线径的限制线径过细电极丝预紧或加工时很容易断丝采用激光切割的工艺方法是使用可控制的高能量激光束切割狭缝它不需要刀工具是非接触加工不受零件材料硬度的限制可在金属非金属材料上加工形状复杂的狭缝与上面各工艺方法相比较激光切割法具有适应性强零件变形小加工质量稳定生产效率高加工成本低等优点2用于加工狭缝的激光器选择目前工业应用有CO激光器YAG激光器CO激光器准分子K F激光器但是适用激光加工用的激光器目前还只有高功率CO激光器和YAG激光器两种激光器不同性能不同主要用途也不相同根据狭缝加工的特点和要求选用YAG激光器比较合适YAG激光器激光束波长为1.06 m激光器激光束波长10.6 m小一个数量级因此在其他条件相同时YAG激光器可比CO激光器获得更小的聚焦光班直径更有利于狭缝的加工另一方面大多数金属材料对光的吸收存在着波长越短吸收率越高的规律使用YAG激光器一般可直接对反射率很高的金属材料如铝铜等进行加工而不需对加工表面进行预黑化处理简化了工艺降低了加工成本YAG激光器能以脉冲和连续两种方式工作其脉冲输出可通过调Q和锁模技术获得短脉冲和超短脉冲使百瓦级的YAG激光器输出的平均脉冲功率达数千瓦从而可扩大加工范围还可使用光栏改善激光束的质量从而可提高加工质量3激光工艺参数对狭缝缝宽尺寸和质量的影响评价狭缝加工质量的主要技术指标有狭缝几何尺寸精度和缝面质量而对于激光切割的工艺方法狭缝几何形状是由激光加工机的数控工作台及其进给精度保证评价狭缝加工质量的主要技术指标是缝宽尺寸精度和缝面质量激光切割过程是激光束与物质相互作用的极其复杂的热物理过程因此对狭缝加工质量的影响因素很多3.1激光光班直径和离焦量的影响依据衍射理论激光器射出的原始光束经过透镜聚焦后的*小光班直径d可用下式表示式中透镜焦距mm激光束波长m D透镜上平行光束的直径mm由公式1知道光束经短焦距透镜聚焦后可以获得更小的光斑直径有利于切割更窄的狭缝不利之处是焦深h短只适于切割较薄的材料长焦距透镜有较长的焦深可用于切割较厚的材料焦距对聚焦光班和焦深的影响关系如图1所示离焦量影响狭缝切割缝宽大小和缝面质量离焦量e对狭缝切割缝宽b影响的试验曲线如图2所示试验材料1Cr18Ni9Ti切割厚度0.5mm激光参数脉冲能量0.7J辅助气体采用氧气气压0.1Mpa试验表明焦点处在材料表面之上正离焦量约0.5mm时这时缝面对光能的吸收很少切割机理图1透镜焦距对焦光班和焦深响示意图图2离焦量对切割缝宽的影响曲存景等激光切割狭缝技术的研究主要是材料的气化蒸发切割出的缝宽*小缝面质量也较好离焦量增加光班直径增加切割出的缝宽也增加而随着离焦量减少当焦点进入材料表面后负离焦量缝面对光能的吸收增多缝面熔融物增多切割出的缝宽增加适度的负离焦量有利于切割较厚的材料和减少缝面锥度3.2激光脉冲能量的影响激光加工时作用在材料上的能量密度是至关重要的参数决定作用在材料上的能量密度的参数除了光班尺寸之外再就是激光的单脉冲能量E其表达式为式中C与激光器有关的系数H脉冲高度 W脉冲宽度ms V泵浦氙灯输入电压kw由公式2知道了脉冲能量E与H W V之间的关系当能量密度足够大时物质的气化蒸发占材料去除的大部分当能量密度不足时切割则不能实现调整脉冲能量固定光班直径优化作用在材料上的能量密度就可以获得*佳切割效果脉冲能量E对狭缝切割缝宽b影响的试验曲线如图3所示试验材料1Cr18Ni9Ti切割厚度0.5mm激光参数离焦量0.5mm辅助气体采用氧气气压0.1Mpa试验表明脉冲能量增加切割缝宽增加随着脉冲能量继续增加对切割缝宽的影响逐渐减少*后缝宽不再增加缝宽随脉冲能量增加而变化的原因是过大的能量密度使切割时产生过多的气相物质能量密度越大气相物质的压力也越大被气相物质带走的液相物质越多导致了切割缝宽增加4辅助工艺参数对狭缝缝宽尺寸和质量的影响4.1激光切割速度的影响激光切割速度由激光加工机的双轴联动数控工作台完成对各种不同零件的加工激光切割速度都存在着*佳调节范围此时切割出的缝宽均匀缝面质量*好大于这个速度材料切割不透熔融物不能完全被气体吹走滞留在缝面上使缝面粗糙低于这个速度热影响区扩大排出的熔融物会烧蚀割缝表面使缝面粗糙4.2辅助气体的影响通常激光切割都需要使用辅助气体辅助气体与激光同轴喷出保护聚焦透镜免受污染并吹走割缝中的熔融物辅助气体分为活性气体和惰性气体两类辅助气体成分和喷出压力对切割过程和切割质量的影响很大固定其他试验参数不变分别使用氧气和氩气作辅助气体并改变辅助气体喷出压力进行切割轴承钢和不锈钢的试验测量切割缝宽b试验结果如下表所示表1切割缝宽b实验分析切割缝宽的变化可以说明辅助气体采用氧气时激光切割过程中氧气与材料发生氧化燃烧反应并产生大量热量氧气流量越大产生的热量越多导致缝面熔融物增多割缝宽度增加辅助气体采用下转87页图3脉冲能量对切割缝宽的影响金海卫基于对象的信息系统综合模型法采用图7所示形式表示方法类型来源目的关系图7方法的语法来源目的用于指出方法的连接关系或的关系或与的关系用于说明连接的方式方法的语义采用方法的逻辑表示每个方法是子方法的组合信息系统与组织系统密切相关建立组织系统与信息系统的联系能够加深对信息系统的理解使从知其然到知其所以然进了一步信息系统的静态模型动态模型数据模型和语义模型分别从不同侧面反映了信息系统的内在特征对象方法是组织信息系统的一种重要方法通过对象方法把信息系统的几种模型综合在一起形成信息系统的综合模型能够更全面地反映信息系统的内在规律性有利于对信息系统的分析与设计上接69页氩气时不发生氧化燃烧反应因此可以切割出更窄的狭缝5结论（1）与其他狭缝加工方法比较激光切割法具有广泛的适应性能够在各种金属非金属材料上切割复杂形状的狭缝具有零件变形小加工质量稳定切割效率高加工成本低等优点2 YAG激光器具有输出光波短光班直径小能量密度大更适合于在切割狭缝等精细加工方面的应用3离焦量脉冲能量影响切割缝宽和缝面质量较小的正离焦量适当脉冲能量有利于切割出更窄的狭缝4只有适当的切割速度才能保证切割出高质量狭缝对于金属材料辅助气体采用氩气可以切割出更窄的狭缝
