隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，激光切割技術(shù)在鈑金類工件加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。激光切割是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的“加工中心”。本文針對(duì)異型工件在激光切割中產(chǎn)生的缺陷提出了解決方法并推廣應(yīng)用。
一、激光切割的特點(diǎn)
激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。激光切割技術(shù)近年來(lái)發(fā)展比較迅速，由于其具有切割尺寸精度高、切口無(wú)毛刺、切縫不變形、切割速度快且不受加工形狀限制等特點(diǎn)，目前已越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域。
激光切割機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)。
◎精度高：定位精度0.05mm，重復(fù)定位精度0.02mm。
◎切縫窄：激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切口寬度一般為0.10～0.20mm。
◎切割面光滑：切割面無(wú)毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內(nèi)。
◎速度快：切割速度可達(dá)10m/min，最大定位速度可達(dá)70m/min，比線切割的速度快很多。
◎切割質(zhì)量好：無(wú)接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。
◎不損傷工件：激光切割頭不會(huì)與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。
◎不受被切材料的硬度影響：激光可以對(duì)鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進(jìn)行加工，不管什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無(wú)變形切割。
◎不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。
◎可以對(duì)非金屬進(jìn)行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機(jī)玻璃等。
◎節(jié)約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無(wú)須修理模具，節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，尤其適合大件產(chǎn)品的加工。
◎節(jié)省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產(chǎn)品進(jìn)行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。
◎縮短了新產(chǎn)品制造周期：新產(chǎn)品試制，數(shù)量小，結(jié)構(gòu)不確定、隨時(shí)會(huì)改動(dòng)，根本不能出模具，激光切割機(jī)大大縮短了新產(chǎn)品制造周期，減少了模具投入。
二、異型工件的切割缺陷
隨著數(shù)控激光切割技術(shù)的普及和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)一些異型零件的切割缺陷（圖1）：外形尺寸小，板材厚度≥3mm的工件容易在尖角處出現(xiàn)燒融和灼燒缺陷，工件外觀和輪廓尺寸很難保證，對(duì)有些≤1.5mm的細(xì)長(zhǎng)條工件，隨著長(zhǎng)度和寬度的比值增加會(huì)使工件出現(xiàn)兩頭粗中間細(xì)的缺陷，工件尺寸很難滿足圖樣要求，造成無(wú)為浪費(fèi)。
三、解決切割缺陷的方法
針對(duì)異型工件的幾何輪廓、參數(shù)及材質(zhì)的不同，合理選用激光切割的工藝參數(shù)及加工順序（工藝路線），采取適當(dāng)?shù)募庸し椒▉?lái)消除加工缺陷，從而保證零件的加工質(zhì)量。
1.過渡引線法
如圖2a所示零件，由于零件的尺寸小，切割速度快，起點(diǎn)溫度還沒來(lái)得及冷卻，就要重復(fù)切割收弧，工件切割起點(diǎn)和結(jié)束處燒傷嚴(yán)重，輪廓不規(guī)整很難滿足尺寸和切割面粗糙度要求，經(jīng)試驗(yàn)采用如圖2c所示――把單個(gè)工件合并，一次切割多個(gè)工件用過渡法處理圖樣：把起點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)都引到工件以外切割廢料區(qū)，避開起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)重合，徹底杜絕切割后工件燒融等缺陷。生成切割程序如圖2b所示。
2.間隔點(diǎn)法
2.間隔點(diǎn)法
對(duì)于長(zhǎng)寬比（L/B）較大的板類工件，隨著比值和工件厚度的不同，零件會(huì)出現(xiàn)變形，如圖3所示的切割缺陷，這對(duì)這種缺陷，應(yīng)根據(jù)板材的材質(zhì)不同，所采取的切割方法也不同。
對(duì)于碳鋼板類工件，后期還需要進(jìn)行化學(xué)處理或者涂漆的，切割面粗糙度要求不高的，可以應(yīng)用數(shù)控激光切割機(jī)自帶的微焊（或微連接）方法來(lái)處理。我公司使用的德國(guó)Trumpf公司的數(shù)控激光切割機(jī)，其微焊（micrweld）處理程序界面如圖4所示，依次點(diǎn)擊 “Create”→“Extras”按鈕即可創(chuàng)建微焊點(diǎn)。
對(duì)于不銹鋼類工件，由于外觀要求嚴(yán)格，微焊易引起焊接融痕且不易消除，影響零件的外觀質(zhì)量，現(xiàn)采用如圖5所示的間隔點(diǎn)法切割。進(jìn)入用戶界面（圖6），依次點(diǎn)擊“Create”→“Start”按鈕即可創(chuàng)建間隔點(diǎn)。
針對(duì)不同厚度T值，間距δ值也要做相應(yīng)的選擇，以便切割后兩個(gè)工件好分割且切割面不受影響。經(jīng)過多次試驗(yàn)，當(dāng)T≤1.5mm時(shí)，δ=1mm；當(dāng)2mm≤T≤4mm時(shí)，δ=0.5mm。對(duì)于間隔點(diǎn)切割法可以推廣應(yīng)用到對(duì)稱零件的切割，如圖7所示。
對(duì)稱切割法可以減短切割軌跡，降低切割時(shí)間，避免短時(shí)間內(nèi)重復(fù)切割給工件造成的變形和燒融缺陷，起到節(jié)能降耗，提高切割質(zhì)量和切割效率的雙重功效，同時(shí)對(duì)于一些后期需要折彎的工件可以對(duì)稱排列，折彎時(shí)對(duì)稱折彎，不但尺寸精度能夠有效保證，同時(shí)也降低了由于變形和二次定位帶來(lái)的折彎累積誤差。
四、結(jié)語(yǔ)
在實(shí)際的激光切割加工中， 掌握和了解影響切割質(zhì)量的幾個(gè)因素，按照碳鋼板“薄板高壓高速，厚板低壓低速”、不銹鋼鋁材“薄板低壓高速，厚板高壓低速”的原則，有效地調(diào)整工藝參數(shù)，就能加工出高質(zhì)量、高精度的鋼結(jié)構(gòu)件，充分發(fā)揮激光切割高效、高精度的優(yōu)勢(shì)。由于在數(shù)控激光切割中影響切割面質(zhì)量的因素很多，僅通過固定的切割規(guī)范難以獲得均勻穩(wěn)定的切割質(zhì)量。因此，合理確定工藝參數(shù)及優(yōu)化切割工件工藝性是保證激光切割質(zhì)量的關(guān)鍵。
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