劉輝

摘要：激光切割是世界上先進(jìn)的切割技術(shù)，它具有速度快，精度高和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在我國工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本公司有許多型號(hào)機(jī)車在生產(chǎn)中都會(huì)利用到，機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)件中約20～30%異型零件，特別是機(jī)車駕駛室零件，車身輔助設(shè)備等更適合選擇激光下料，激光切割可以方便地實(shí)現(xiàn)切割過程的自動(dòng)化控制，大大縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。比較成熟的數(shù)控車床采用低切割技術(shù)，為公司新項(xiàng)目的快速生產(chǎn)提供了新車型開發(fā)的充分保障。因此，本文主要論述了激光切割在車身鋼結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用，分析了影響碳鋼板切割質(zhì)量的因素，提出了保證質(zhì)量的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：激光切割;機(jī)車鋼結(jié)構(gòu);應(yīng)用

一、引言

激光切割是一種世界先進(jìn)的切割工藝。由于其精度高和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在各種加工行業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于我公司機(jī)車型號(hào)多，生產(chǎn)速度快。在機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)中，特別是機(jī)車駕駛室中，約有20%～30%的異形件。車身輔助裝置等部件更適合選擇激光下料，激光切割易于實(shí)現(xiàn)切割過程的自動(dòng)化控制，能夠大大縮短生產(chǎn)周期，降低了制造成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。目前，它正在取代一些沖壓加工工藝。相對成熟的數(shù)控激光切割技術(shù)可以為新項(xiàng)目的快速生產(chǎn)和新車型的開發(fā)提供充分的保障。

二、激光切割參數(shù)的選擇與確定

激光切割是利用高性能的高密度聚焦激光束對材料進(jìn)行研究，在短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到數(shù)千到數(shù)萬度，使材料在研究部位迅速熔化、氣化、腐蝕或燃燒。同時(shí)使光速軸的高度相等，利用氣流也就是即輔助氣體從切割縫中除去熔融物，實(shí)現(xiàn)了切割材料的熱切割方法。在激光切割工件時(shí)，通常應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮工藝參數(shù)。

2.1選擇合適的激光輸出

激光功率是影響切削質(zhì)量的重要因素之一。激光功率越大，切割板厚度越大：同一板厚度越大，切割不銹鋼和鋁所需的激光功率越大，透鏡尺寸較大。激光切割適用于0.5mm～12mm厚度的板材切割，但隨著激光功率的增加，切割寬度和熱影響區(qū)變大。隨著激光功率的增加，切割速度和切割板厚度可能會(huì)增加，如果低碳鋼板厚度增加，大直徑噴嘴和下坡鋁板具有高的激光反射率和高的導(dǎo)熱系數(shù)，使其比低碳鋼和不銹鋼更難切割。

2.2精確切割速度控制

切削速度是影響切削質(zhì)量的重要因素之一。激光功率在一定條件下，不同的切割速度對切割質(zhì)量的影響和工件背面的劃痕是不同的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，可以切割的前提是切割速度越快，切割質(zhì)量越好，切割質(zhì)量越干凈。劃痕少，變形小，切割速度慢;工件照明時(shí)間長，供氧量大，氧化反應(yīng)越嚴(yán)重;工件溫度越高，熱影響越大。如果切削面積大，切削速度慢，劃痕較多，但切削速度過快，切削區(qū)域的金屬不會(huì)氧化，容易冷卻不切削。而切削速度過慢，就會(huì)形成劃痕。高功率激光切割低碳鋼時(shí)，坩堝的切削表面會(huì)產(chǎn)生粗糙度，板材越厚，切割速度越慢。主功能影響切割速度，焊縫寬度和切割速度起次要作用。降低功率，提高切削速度，一般可以用減少刀具的寬度來控制熱量的影響區(qū)域。根據(jù)需要控制輔助氣體類型和壓力，激光切割時(shí)需要噴射同軸輔助氣體，其主要作用是將切削液和刮板吹到一起，維持整個(gè)切削區(qū)間。加速切削深度，減小切削槽寬度和熱影響區(qū)寬度，保護(hù)激光透鏡不被加工濺到并冷卻，輔助機(jī)身的選擇是獲得高品質(zhì)切削效果的關(guān)鍵參數(shù)之一，碳素鋼的切削加工中氮?dú)庠谇懈畈讳P鋼或鋁板時(shí)用作輔助氣體，來控制激光功率和切割速度。

2.4焦距調(diào)整

焦距位置的高低直接決定了插槽的焦距區(qū)域，在相同的輸出條件下，面積越大，單位面積的光功率密度越低，板材就越不可能熔化氣化和切削。而且如果中間沒有焦距，很容易形成斷面切割現(xiàn)象，焦距放在頂下約13mm的厚度上。

2.5噴嘴的適當(dāng)高度

輔助氣體噴嘴斷面到工件表面的距離，噴嘴高度大，輔助氣流脈動(dòng)容易晃動(dòng)，影響切割質(zhì)量和切割速度。因此，在激光切割過程中，噴嘴高度應(yīng)保持在最小值。一般情況下，在0.5～2.0mm激光切割時(shí)，必須噴射同軸輔助氣體。其主要作用是清除切割所用的物體和材料，保持切割斷面的清潔，加快切割過程，加深切割深度，減小切割間隙寬度和熱影響區(qū)寬度。保護(hù)激光透鏡免受加工油炸的損傷。高質(zhì)量透鏡的冷卻和不同冷卻介質(zhì)的使用對切割質(zhì)量的影響不同，因此輔助氣體的選擇是獲得高質(zhì)量切割效果的關(guān)鍵參數(shù)之一。在切割不銹鋼或鋁板時(shí)，使用氮?dú)庾鳛檩o助氣體。當(dāng)激光功率和切割速度恒定時(shí)，氧氣壓力越高，反應(yīng)越嚴(yán)重，熱影響區(qū)越大，切割質(zhì)量越差。反之，切削質(zhì)量越高，但氧壓熔點(diǎn)越低，附著在爐渣上的過量鋁在皮下的空間越小。氧氣小于3mm時(shí)可切斷，但質(zhì)量很差。斷面粗糙，毛刺硬，氮?dú)馇懈顢嗝婀饣?。鋁的黏度大，導(dǎo)熱性好的鑄鐵不能及時(shí)釋放，容易產(chǎn)生反向點(diǎn)蝕。調(diào)整焦點(diǎn)，增加氣壓，降低速度，降低粗糙度。從成本的角度來看，如果單面氧化不影響不銹鋼零件的使用，則必須用氧氣切割，但不銹鋼中含有大量高合金元素，如鎳。熔體黏度高，氣壓低易造成氧氣切割時(shí)劃傷等質(zhì)量缺陷，流動(dòng)性下降。焊接不銹鋼時(shí)，氧化層會(huì)影響焊接質(zhì)量，在切割氮?dú)鈺r(shí)，氮?dú)獾谋Ｗo(hù)作用會(huì)形成高質(zhì)量的無氧截面。不銹鋼焊接件可滿足切割斷面的高要求。在進(jìn)行氮?dú)馇懈顣r(shí)，高壓氣壓也很容易克服上述質(zhì)量缺陷，氮?dú)馇懈钸m用于高附加值不銹鋼零件的焊接要求加工。

2.6注意材料表面狀況

如果材料表面生銹或有氧化層或不規(guī)則，切割縫會(huì)不規(guī)則斷裂。實(shí)踐表明，當(dāng)工件表面達(dá)到M2時(shí)，切割棒的質(zhì)量會(huì)受到影響，對等徑球進(jìn)行精加工后，可確定三種激光切割工藝的參數(shù)。機(jī)車金屬碳鋼板切割常用工藝參數(shù)，程序參數(shù)指的是天氣狀況和機(jī)器本身，材質(zhì)的曲面不同。

三、結(jié)束語

事實(shí)上，相關(guān)工作人員應(yīng)該掌握影響激光切割質(zhì)量的幾個(gè)因素，有效地調(diào)整工程參數(shù)，是提高質(zhì)量的可能途徑。機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)件的加工精度高，激光切割效果好，影響激光切割表面質(zhì)量的因素很多。固定的切削規(guī)格難以獲得均勻穩(wěn)定的切削質(zhì)量。因此，對切削質(zhì)量進(jìn)行在線檢測和實(shí)時(shí)控制。這是保證激光切割質(zhì)量的關(guān)鍵。

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