CO2激光切割工業(yè)應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)
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CO2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作相對運動，從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來隨著CO2激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對于中厚板采用氧乙炔火焰切割；對于薄板采用剪床下料，成形復(fù)雜零件大批量的采用沖壓，單件的采用振動剪。七十年代后，為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量，又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期，又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有缺點，在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。
CO2激光切割技術(shù)比其他方法的明顯優(yōu)點是：
(1)切割質(zhì)量好。切口寬度窄(一般為0.1--0.5mm)、精度高(一般孔中心距誤差0.1--0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra為12.5--25μm)，切縫一般不需要再加工即可焊接。
(2)切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。
(3)清潔、安全、無污染。大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點足以證明：CO2激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛的一種先進(jìn)加工方法。
九十年代以來，由于我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)間競爭激烈，每個企業(yè)必須根據(jù)自身條件正確選擇某些先進(jìn)制造技術(shù)以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此CO2激光切割技術(shù)在我國獲得了較快的發(fā)展。
二、CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用
世界第一臺CO2激光切割機(jī)是二十世紀(jì)七十年代的誕生的。三十多年來，由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，CO2激光切割機(jī)不斷改進(jìn)，目前國際國內(nèi)已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種CO2激光切割機(jī)以滿足市場的需求，有二維平板切割機(jī)、三維空間曲線切割機(jī)、管子切割機(jī)等。國外知名企業(yè)有德國Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亞HG Laser Lab公司等。目前國內(nèi)能提供平板切割機(jī)的企業(yè)有上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司、沈陽普瑞瑪公司、濟(jì)南捷邁公司、武漢楚天公司等。根據(jù)美國激光工業(yè)應(yīng)用權(quán)威雜志“Industrial Laser Solution”2000年度報告統(tǒng)計：1999年全世界共銷售的激光切割系統(tǒng)(主要是CO2激光切割系統(tǒng))為3325臺，共11.74億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計我國目前每年生產(chǎn)CO2激光切割機(jī)近100臺，共1.5億元人民幣。雖然激光切割的發(fā)展趨勢較快，但應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。至2003年我國已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計已達(dá)500臺左右，約占全世界正運行系統(tǒng)總量的1.5%。
CO2激光切割系統(tǒng)的購置著主要是兩類單位：一類是大中型制造企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品中有大量板材需要下料、切料，并且具有較強的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實力；另一類單位是加工站(國外稱Job Shop)，加工站是專門對外承接激光加工業(yè)務(wù)的，自身無主導(dǎo)產(chǎn)品。它的存在一方面可滿足一些中小企業(yè)加工的需要；一方面在初期對推廣應(yīng)用激光切割技術(shù)起到宣傳示范的作用。1999年美國全國共有激光加工站2700家，其中51%從事激光切割工作。八十年代我國激光加工站主要從事激光熱處理工作，九十年代后，激光切割及攻站逐步增加。在此基礎(chǔ)上隨著我國大中型企業(yè)體制改革的深入和經(jīng)濟(jì)實力的增強，越來越多的企業(yè)將采用CO2激光切割技術(shù)。
從目前國內(nèi)應(yīng)用情況分析，CO2激光切割廣泛應(yīng)用于12mm厚的低碳鋼板、6mm厚的不銹鋼板及20mm厚的非金屬材料。對于三維空間曲線的切割，在汽車、航空工業(yè)中也開始獲得了應(yīng)用。目前適合采用CO2激光切割的產(chǎn)品大體上可歸納為三類：
第一類：從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是輪廓形狀復(fù)雜，批量不大，一般厚度12mm的低碳鋼、6mm厚的不銹鋼，以節(jié)省制造模具的成本與周期。已采用的典型產(chǎn)品有：自動電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機(jī)床及糧食機(jī)械外罩、各種電氣柜、開關(guān)柜、紡織機(jī)械零件、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件、大電機(jī)硅鋼片等。
第二類：裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼(一般厚度3mm)或非金屬材料(一般厚度20mm)的圖案、標(biāo)記、字體等。如藝術(shù)照相冊的圖案，公司、單位、賓館、商場的標(biāo)記，車站、碼頭、公共場所的中英文字體。
第三類：要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為0.7~0.8mm的槽，然后在槽中鑲嵌刀片。使用時裝在模切機(jī)上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國內(nèi)近年來應(yīng)用的一個新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進(jìn)入抽油泵，在壁厚為6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能>0.3mm，切割技術(shù)難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。
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