激光加工作為一種先進(jìn)的材料切割手 段，已經(jīng)越來越為鈑金生產(chǎn)者所接受。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于其加工能力的期待也越來越高，這種期待不僅僅是對(duì)能夠切，更是對(duì)切 得好和切得快的期待。而能給予回答的當(dāng)然離不開加工機(jī)的性能，同時(shí)被加工材料優(yōu)劣也直接影響回答的效果。
激光加工起步較早的歐美和日本，在上世紀(jì)80年代開始由激光加工機(jī)生產(chǎn)廠商對(duì)鋼材生產(chǎn)提出了具體的質(zhì)量要求，從而有了區(qū)別于普通鋼材但價(jià)格偏高的激光專用 鋼材。而隨著激光加工成為主要的切割手段被接受后，25mm以下普通鋼板就以激光專業(yè)材料作為標(biāo)準(zhǔn)材料了。然而，由于中國的發(fā)展太快，鋼材生產(chǎn)來不及適 應(yīng)，就有了中國鋼材與進(jìn)口鋼材之分。其主要區(qū)別在于鋼材中雜質(zhì)含量和對(duì)鋼材表面的處理以及運(yùn)輸保管等一系列原因，造成了中國板材切割難的現(xiàn)狀。
當(dāng)今中國的粗鋼產(chǎn)量不僅是世界第一，更是超過了全球產(chǎn)量的50%，發(fā)展中國家甚至一些像澳洲韓國等發(fā)達(dá)國家為節(jié)約成本也在大量使用中國板材，因此與其期待中國鋼材來適應(yīng)激光切割不如研究和提出能夠優(yōu)質(zhì)地加工劣質(zhì)材料的方法和提案。本文提出其中的一些思考以拋磚引玉。
【在中厚板加工中遇到的問題】
1. 碳鋼厚板穿孔問題 在厚板加工中穿孔時(shí)間占很大比重，各激光廠商紛紛開發(fā)了快速穿孔的技術(shù)，較為有代表性的是高能穿孔（炸孔），這種方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快（1秒，以t16mm 為例—以下相同），但缺陷是不僅影響對(duì)小形狀的加工，穿孔時(shí)注入的巨大能量使板材溫度升高進(jìn)而影響接下來的整體切割過程。而用小功率脈沖進(jìn)行穿孔的話，時(shí) 間就很長(zhǎng)（12秒），會(huì)導(dǎo)致切割的效率下降和單位成本的提高。
2. 切割面品質(zhì)問題 圖1.和圖2.示出了加工中厚板時(shí)經(jīng)常會(huì)遇見的切割斷面，這樣的切割不僅成品質(zhì)量受到質(zhì)疑，還會(huì)伴隨著過燒和嚴(yán)重的粘渣出現(xiàn)，以致體現(xiàn)不出高價(jià)的激光加工機(jī)區(qū)別于其他切割手段的價(jià)值。
3. 整板加工穩(wěn)定性問題 在對(duì)國產(chǎn)鋼材的整板加工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域加工不良的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象有時(shí)很隨機(jī)，即使在加工機(jī)狀態(tài)良好的情況下也會(huì)出現(xiàn)。為了處理局部故障品而大大地影響了整個(gè)工作進(jìn)度，這里對(duì)此不明原因的加工失敗也給出一些筆者的分析和對(duì)策提案。
【針對(duì)上述問題的解決方案】
1. 高峰穿孔（HPP）方案 顧名思義就是利用占空比小的高峰值脈沖激光，輔以噴射在材料表面上的不燃油以清除開孔邊緣附著物，控制脈沖的合理頻率邊冷卻邊穿孔。其特點(diǎn)是相對(duì)炸孔雖然 時(shí)間稍長(zhǎng)（3秒），但穿出的孔徑小（約φ4mm）且開孔邊緣無附著物以及入熱較低，便于接下來的正常切割加工，相比普通穿孔則效率提高了4倍。圖3.示出 了普通穿孔、HPP穿孔和高能穿孔的區(qū)別。
2. 切割斷面改善方案 對(duì)于碳鋼來說改善切割斷面的重要因素是控制對(duì)板材的入熱并能保證激光照射部分的充分燃燒。三菱電機(jī)開發(fā)的K-CUT加工條件較好的完成了這一使命。圖4. 是在同一塊國產(chǎn)板材上用傳統(tǒng)條件和K-CUT條件進(jìn)行切割的效果比較。而對(duì)于不銹鋼來說改善切割斷面的重要因素則是光束的改良（改善焦深）與輔助氣體的有 效利用。亮面切割技術(shù)就是改善了發(fā)振器和噴嘴所得到的結(jié)果。圖5.是改善后的效果。斷面上部粗糙度8μ、下部12μ堪比機(jī)械加工。
3. 保證加工穩(wěn)定性的方案 當(dāng)前為了提高加工機(jī)的運(yùn)行速度，激光機(jī)多采用俗稱飛行光路的結(jié)構(gòu)，即材料托盤不動(dòng)而加工頭在整個(gè)可加工區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的形式。而為了補(bǔ)償加工頭與光源相對(duì)位置 的變化，各廠商也盡可能保證光斑在加工范圍內(nèi)的一致性，使用曲率可變折射鏡是普遍選擇的方式。這種方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻會(huì)改變焦深，使在對(duì)焦深極為敏感的中 厚板切割時(shí)會(huì)顯得力不從心（既要保持光斑不變又要保持焦深不變）。三菱電機(jī)采用的等長(zhǎng)光路方式（在可加工范圍內(nèi)光源與加工頭之間光傳播路徑等長(zhǎng)）可避免焦 深變化，從而使光斑和焦深都保持一致。另外對(duì)入熱的重視使板材積累的熱量得到控制，較好地解決了穩(wěn)定性問題。圖6.示出了等長(zhǎng)光路的原理及在加工區(qū)域中不 同位置的加工效果。
認(rèn)真對(duì)待加工中出現(xiàn)的問題，研究其產(chǎn)生的機(jī)理，尋找結(jié)局問題的方案。通過對(duì)傳統(tǒng)激光技術(shù)的一系列探索和改良，針對(duì)較為復(fù)雜的中厚板切割開發(fā)了新的技術(shù)并將其應(yīng)用到eX PLUS、RX、XL等各系列產(chǎn)品中，滿足了客戶在加工國產(chǎn)中厚板材料中的實(shí)際需求，從而大大提高了生產(chǎn)效率。我們還將進(jìn)一步努力探索更新的技術(shù)，解決更多加工中的疑難問題，服務(wù)于廣大應(yīng)用者。
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