郭筠婷

摘 要：隨著切割技術(shù)的發(fā)展，激光切割已經(jīng)在非金屬切割領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。本文對現(xiàn)今激光切割橡膠應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：激光切割 橡膠 應(yīng)用

傳統(tǒng)的非金屬切割方法，是利用刀具進(jìn)行切割。這種方法不僅費(fèi)時(shí)，刀具使用一段時(shí)間后還會(huì)有磨損。相對于傳統(tǒng)切割方式，激光切割縫隙更小，速度更快，更能夠省去大部分材料，加工效果好，精準(zhǔn)度高，因此相信在未來的切割方式選擇中，激光切割將是大眾的需求。

1.激光切割原理

激光切割是通過把高功率密度激光束聚焦后照射在工件上，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。激光可以切割多種材料，如亞克力、刀模板、布料、皮革等，因此激光切割是一種在多行業(yè)切割中的新型方案。在非金屬激光切割領(lǐng)域中，CO2激光的應(yīng)用較為普遍。

2.應(yīng)用舉例

2.1橡膠工業(yè)用激光切割墊圈

英國橡膠工業(yè)部門安裝了一臺(tái)英國鄧洛普精密橡膠部生產(chǎn)的首批激光切割機(jī)。該系統(tǒng)主要用于將模壓墊圈切割成飛機(jī)制造商所要求的精密復(fù)雜形狀。

這種激光切割機(jī)采用 4級 激光器。它包括費(fèi)蘭蒂公司的激光振蕩器，裝在Wadkin公司的X-Y軸數(shù)控臺(tái)上，臺(tái)的工作區(qū)為2.6m*1.25m。過去生產(chǎn)的墊圈是由裝配工用沖壓及模具技術(shù)改制成所需形狀的未切割的 3m 毛坯。這種新裝置可使該部能比以前更精密地切割墊圈并提供成品部件。

用激光對導(dǎo)電橡膠墊進(jìn)行加工，還可以采用這種系統(tǒng)（如右圖所示）：加工裝置包括激光器，擴(kuò)束鏡，反射鏡，切割頭及樣品移動(dòng)平臺(tái)。激光器產(chǎn)生的激光，首先進(jìn)入安裝于激光器輸出端用于擴(kuò)展激光束直徑的擴(kuò)束鏡，依次經(jīng)過安裝于擴(kuò)束鏡輸出端用于改變激光行進(jìn)方向的反射鏡及安裝于反射鏡下方的切割頭中的聚焦鏡，入射到安裝于F-theta鏡下方的移動(dòng)平臺(tái)上固定的待加工導(dǎo)電橡膠上，通過程序控制移動(dòng)平臺(tái)上導(dǎo)電橡膠的移動(dòng)，激光加工出所需要的產(chǎn)品形狀。由于激光加工精度高、速度快，因此解決了傳統(tǒng)機(jī)械加工即模具加工精度有限、成型周期長的問題。

2.2激光切削帶電導(dǎo)線絕緣外皮

采用CO2激光切削帶電導(dǎo)線絕緣外皮（如右圖所示），該裝置主要針對高壓供電線路的帶電接引作業(yè)。切削裝置包括CO2激光器、左光路系統(tǒng)、右光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和懸掛機(jī)構(gòu)。左光路系統(tǒng)和右光路系統(tǒng)通過懸掛機(jī)構(gòu)對稱懸掛于帶電導(dǎo)線兩側(cè)，CO2激光器設(shè)置在下方；左光路系統(tǒng)由左路反射鏡組和左路振鏡盒組成；右光路系統(tǒng)由右路反射鏡組和右路振鏡盒組成；CO2激光器、左路振鏡盒、右路振鏡盒和反射鏡移動(dòng)裝置分別連接控制系統(tǒng)。此裝置利用CO2激光對橡膠和金屬不同的物理燒灼特性，以及振鏡盒對激光束的引導(dǎo)作用，雙光路系統(tǒng)從兩側(cè)分別在帶電導(dǎo)線絕緣外皮上切削“H”形切口，通過精準(zhǔn)對接實(shí)現(xiàn)對絕緣外皮的完整切削；用1個(gè)CO2激光器實(shí)現(xiàn)雙光路分時(shí)工作，并可實(shí)現(xiàn)全方位遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復(fù)合體

內(nèi)含鋼絲橡膠復(fù)合體材料是我國某些橡膠工廠研究的汽車拖拉機(jī)輪胎的新型材料，由橡膠和鋼絲繩兩部分組成，鋼絲繩外面包裹橡膠，鋼絲繩直徑為1.2毫米，由40根直徑0.15毫米的鋼絲組成。對這種材料進(jìn)行激光切割的設(shè)備是數(shù)控激光切割機(jī)（如右圖所示），激光束通過導(dǎo)光系統(tǒng)中的砷化鎵透鏡聚焦，使光斑直徑達(dá)到0.1毫米左右，聚焦后的光斑照射在工作臺(tái)的工件上，其功率密度非常高，材料表面上溫度達(dá)到上萬度，使其溶化和氣化，形成裂縫。加上同軸吹起，吹走切縫中的熔融氣化濺射物及灰塵，達(dá)到切割目的。工作臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由控制系統(tǒng)按照所加工零件的外形進(jìn)行控制，使進(jìn)給速度均勻。在切割非金屬材料時(shí)，一般采用長焦距；而切割1-6毫米厚的材料采用短焦距為好。小于10厘米為短焦距，大于20厘米為長焦距，中間為過度焦距。橡膠是易燃材料，選用的輔助氣體是惰性氣體，如氬氣或氮?dú)獾?。對厚度?毫米的這種材料切割時(shí)，選擇CO2激光器的功率為350～400瓦，并選用合適的透鏡焦距和氣體種類，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臍怏w壓力，切割速度可達(dá)1.5～1.7米/分，且材料切割面光潔，無燒焦硫化現(xiàn)象。采用激光切割此種材料，工序簡單，切口光潔，無毛刺，可以實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。

2.4用激光實(shí)現(xiàn)非金屬增強(qiáng)件的升華

為了實(shí)現(xiàn)例如芳綸或PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維形成的非金屬增強(qiáng)件的升華，選擇使用CO2激光束以及具有至少100W的功率和9350納米和10740納米之間的波長的發(fā)射源。

總結(jié)：本文對現(xiàn)今激光切割橡膠應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了簡要分析。包括橡膠工業(yè)用激光切割墊圈、激光切削帶電導(dǎo)線絕緣外皮、激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復(fù)合體和用激光實(shí)現(xiàn)非金屬增強(qiáng)件的升華。用激光對導(dǎo)電橡膠墊進(jìn)行加工時(shí)，由于激光加工精度高、速度快，因此解決了傳統(tǒng)機(jī)械加工即模具加工精度有限、成型周期長的問題。采用CO2激光切削帶電導(dǎo)線絕緣外皮能夠在10kV供電線路不停電情況下進(jìn)行接引，即帶電接引作業(yè)。采用激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復(fù)合體，工序簡單，切口光潔，無毛刺，可以實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]章新泰.激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復(fù)合體材料試驗(yàn).內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù).1986（2）：20-23

[2]用激光進(jìn)行切割加工.激光與光電子學(xué)進(jìn)展.1973（2）：25-30