激光切割加工的原理可以概括为以下几个关键点:
一、基本原理
激光切割是利用高功率密度的激光束作为热源,通过计算机辅助设计和计算机辅助制造技术,按照预先设计好的切割轨迹,照射到被加工工件上。激光束的能量使被照射的材料表面迅速熔化、汽化或分解,同时借助与光束同轴的高速气流(或产生的金属蒸气压力)将熔融或气化的物质吹离,从而在材料上形成微小的切缝,实现切割目的。
二、具体过程
激光束聚焦:激光束通过聚焦镜聚焦成很小的光点,聚焦后的激光束能量密度极高,能够迅速加热材料*熔化及气化温度。
材料熔化与气化:当激光束照射到材料表面时,材料迅速吸收激光能量并被加热*熔化及气化温度。部分材料直接化作蒸汽逸去,部分材料则熔化成液态。
吹除熔融物:与激光束同轴的高速气流(如氧气、氮气等)将熔化或气化了的材料从材料下部吹出,确保切缝的清晰和连续。
光束与材料相对移动:随着光束与材料的相对移动,孔洞逐渐扩展并形成宽度很窄的切缝,从而实现材料的切割。
三、切割机制分类
根据激光切割的机理,可以将其分为以下几类:
气化切割:工件在激光作用下快速加热*沸点,部分材料化作蒸汽逸去,部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割方式需要较大的激光功率和功率密度,多用于极薄金属材料和非金属材料的切割。
熔化切割:激光将工件加热*熔化状态,与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。这种切割方式适用于较厚的金属材料。
激光氧气切割:金属被激光迅速加热*燃点以上,与氧发生剧烈的氧化反应(即燃烧),放出大量的热,又加热下一层金属。金属被继续氧化,并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。这种切割方式主要用于碳钢等易氧化的金属材料的加工。
控制断裂切割:这种切割方式通过激光束在材料内部产生热应力或裂纹,进而控制材料的断裂过程来实现切割。不过,这种切割方式在实际应用中相对较少见。
四、特点与优势
激光切割加工具有以下特点与优势:
切割质量好:切口细窄、表面光洁美观、工件变形小、切割精度高。
切割效率高:整个切割过程可以全部实现数控,切割速度快。
非接触式切割:与工件无接触,不存在工具磨损问题。
适用范围广:可用于各种金属材料和非金属材料的切割加工。
综上所述,激光切割加工是一种高效、精确、非接触的加工方式,在现代制造业中具有广泛的应用前景。