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        激光切割參數(shù)設(shè)置與質(zhì)量控制

        2019-03-29 10:16:12劉赟
        科學(xué)與技術(shù) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:參數(shù)設(shè)置

        劉赟

        摘要:與傳統(tǒng)切割方法相比,激光切割等具有明顯的優(yōu)勢。在實際切割中,為滿足不同類型金屬板的加工需要,應(yīng)根據(jù)板材尺寸、加工精度和板材形狀特點,采用各種三維激光切割平臺進(jìn)行加工??捎行ПWC產(chǎn)品加工質(zhì)量,激光技術(shù)有更廣闊的應(yīng)用市場。

        關(guān)鍵詞:熱成形;激光切割;參數(shù)設(shè)置

        一、引言

        與傳統(tǒng)切割方法相比,激光切割等具有明顯的優(yōu)勢。由于激光切割其高精度,窄縫效果明顯,激光切割采用非接觸技術(shù)加工。隨著制造業(yè)的發(fā)展,越來越需要激光切割的質(zhì)量。特別是在航空領(lǐng)域,當(dāng)對復(fù)雜的曲面鈑金零件進(jìn)行三維激光切割時,需要根據(jù)曲面曲率實時調(diào)整激光頭的姿態(tài)和工藝參數(shù),以保證切割質(zhì)量。通過仿真系統(tǒng),工作人員不僅可以直觀地掌握激光切割工藝,保證加工代碼的可靠性,還可以優(yōu)化一些切割工藝問題,保證切割質(zhì)量。在實際切割中,為滿足不同類型金屬板的加工需要,應(yīng)根據(jù)板材尺寸、加工精度和板材形狀特點,采用各種三維激光切割平臺進(jìn)行加工。目前激光切割仿真軟件的虛擬現(xiàn)場施工效率低,平臺切換復(fù)雜,學(xué)習(xí)成本高,缺少切割痕跡的實施,工藝處理模塊不完善。本文對如何做好激光切割參數(shù)設(shè)置與質(zhì)量控制進(jìn)行了分析。

        二、激光技術(shù)概述

        激光由原子激發(fā)發(fā)射和共振放大形成。在激光聚焦后,它照射在材料上并迅速增加材料溫度以熔化或蒸發(fā)。隨著激光和被切割材料的相對運(yùn)動,在切割材料上形成切口以達(dá)到切割的目的。激光雕刻是激光束穿過光導(dǎo)聚焦系統(tǒng)并射擊雕刻材料,在一定范圍內(nèi)移除材料,并保留未照射的材料。

        三、激光切割的參數(shù)設(shè)置

        激光切割參數(shù)包括切割速度、功率、氣割等內(nèi)容,激光切割分別對切割質(zhì)量和切割效率進(jìn)行分析,分析不同類型的影響,但通過激光切割組合實現(xiàn)最佳配置所需的各種參數(shù),不同工廠將根據(jù)成本結(jié)構(gòu)在一定程度上對質(zhì)量和效率特別重視和權(quán)衡。

        1.切割速度。激光切割激光頭可在單位時間內(nèi)沿著零件形狀移動。激光切割切割速度越高,切割時間越短,激光切割生產(chǎn)效率越高。但是,當(dāng)其他參數(shù)固定時,激光切割速度與切割質(zhì)量不成線性關(guān)系。合理的切割速度是一個范圍值,低于該范圍值,激光束的能量在零件表面上保持太多而形成過度燃燒,超過該范圍值,激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料,導(dǎo)致切割不可穿透。

        2.激光輸出功率。激光輸出功率是激光系統(tǒng)的輸出能量,激光切割代表激光束在單位時間內(nèi)熔化材料的能力。

        3.焦點位置。激光輸出最終通過特殊鏡頭聚焦在功率密度最高的點。焦斑直徑與聚焦透鏡的焦深成比例。激光切割重點是根據(jù)不同位置的不同厚度設(shè)定,正確的焦點位置,是獲得穩(wěn)定切削質(zhì)量的重要條件,激光切割切割質(zhì)量與激光束有關(guān),但也與激光束聚焦系統(tǒng)的特性有關(guān),即激光切割聚焦后激光束的大小對激光切割質(zhì)量有很大影響。

        4.輔助氣體的氣壓。在縫隙形成切口。適當(dāng)?shù)臍鈮嚎梢詭椭涌旒す馇懈钏俣?,輔助氣體壓力的大小對光纖激光切割機(jī)的切割效率也有影響。如果激光切割處理材料的厚度增加或切割速度慢,則應(yīng)適當(dāng)降低氣體壓力。采用較低的氣壓切割可防止結(jié)霜。

        5.噴嘴距離。聚焦激光通過銅噴嘴施加到部件的表面。工件和激光噴嘴之間的距離稱為噴嘴的距離。從噴嘴到部件的距離是根據(jù)流量和壓力來測量的。太遠(yuǎn)的氣體吹氣力損失太大,廢氣流量過大,影響飛濺,適當(dāng)?shù)木嚯x在0.8-1.0mm。根據(jù)不同的材料厚度選擇不同型號的噴嘴。

        系統(tǒng)功能主要包括虛擬加工場景三維可視化模塊,多平臺機(jī)床運(yùn)動學(xué)計算模塊,過程實施例和代碼輸出模塊。虛擬處理場景的三維可視化模塊包括虛擬處理場景構(gòu)建,運(yùn)動模型構(gòu)建,材料去除過程模擬等。多平臺機(jī)床運(yùn)動學(xué)計算模塊包括龍門五軸機(jī)床運(yùn)動學(xué)計算,垂直六軸機(jī)器人和倒立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)計算,基于刀位點的P矩陣計算等。過程實施例和代碼輸出模塊包括過程缺陷顯示,碰撞檢測實現(xiàn),過渡軌跡顯示等。激光切割場景中包括各種模型,因此它是有必要建立一個快速的方法來構(gòu)建虛擬環(huán)境。各種機(jī)床平臺的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式存在差異,點數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動學(xué)計算,并將計算結(jié)果輸入運(yùn)動模型,實現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動仿真。通過實時切割痕跡反映切割質(zhì)量,需要模擬激光切割材料的去除過程。在仿真中,反映和處理過程現(xiàn)象,最終生成相應(yīng)平臺的可靠處理代碼。

        四、影響激光切割質(zhì)量主要因素的分析試驗

        根據(jù)影響激光切割質(zhì)量的因素分析,選擇厚度為1.0~3.0mm的熱成形件進(jìn)行激光切割試驗,選擇切割塊,切割孔或切削刃進(jìn)行分析。測試程序如下。

        1.測試焦點位置并根據(jù)焦點的偏移進(jìn)行調(diào)整。聚焦位置逐漸從3mm調(diào)整到3mm,每次增加0.5mm進(jìn)行一次。記錄完成后比較切割質(zhì)量。在下一次測試中保留了具有最佳切割質(zhì)量的焦點位置。

        2.調(diào)整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割狀態(tài)在焦點位置進(jìn)行功率測試。功率從1000 W開始,每300 W切割一次。記錄并比較切割質(zhì)量。

        3.改變切割氣體壓力。測試了第二步中具有最佳切割質(zhì)量的焦點和功率狀態(tài)。氣壓從7Pa開始,每次加入1Pa時比較切割質(zhì)量。保留具有最佳切割質(zhì)量的激光切割氣體壓力值用于下一次測試。

        4.提高切割速度。測試了第三步中最佳切割質(zhì)量的焦點,功率狀態(tài)和切割氣體壓力值。切割速度從6000毫米/分鐘開始,并增加1000毫米/分鐘。記錄并比較切割質(zhì)量。

        5.噴嘴距離的設(shè)定。測試了步驟4中具有最佳切割質(zhì)量的焦點,功率狀態(tài),切割氣體壓力值和切割速度。噴嘴距離從0.6mm開始,每次增加0.2mm,直到噴嘴距離調(diào)整為1.2mm。每次記錄并比較切割狀態(tài),最后得到最佳切割質(zhì)量的噴嘴距離值。

        選擇案例1:2 mm厚度材料,調(diào)整焦點位置-3 mm,氮?dú)馇懈顗毫?2 Pa,噴嘴距離1 mm,切割功率3000 W,切割速度為12米/分鐘,因為各種參數(shù)調(diào)整好,切割條件好,通過各種測試,在參數(shù)調(diào)整到最合適的情況下,切割表面光滑。

        五、結(jié)語

        根據(jù)運(yùn)動形式和運(yùn)動特性,可以通過運(yùn)動配置建立機(jī)床運(yùn)動軸的運(yùn)動模型。同時,確保每個模型的相對位置,并使用OIV讀取WRL文件功能界面,實現(xiàn)虛擬處理場景的快速構(gòu)建。結(jié)合激光切割技術(shù)特點,對模型制作進(jìn)行了分析,可有效保證產(chǎn)品加工質(zhì)量,激光技術(shù)有更廣闊的應(yīng)用市場。

        參考文獻(xiàn)

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        (作者單位:江蘇核工業(yè)格林水處理有限責(zé)任公司)

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