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连续或脉冲光纤激光器切割厚度2mm以下板材研究

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人气:-发表时间:2016-08-15 09:55【

导读: 在一个典型的车间中,通常厚度为2mm以下的板材大约占据到物料流的30%。光纤激光器在成品质量和成本控制方面一向表现出众,尤其适用于板材切割这类应用。

  在汽车工业、电子行业和制造业等许多工业应用中,通常会采用技术对厚度为2mm以下的板材零部件进行切割,其典型应用示例如图1所示,而且还有诸多新的应用领域在不断涌现。在一个典型的车间中,通常厚度为2mm以下的板材大约占据到物料流的30%。在成品质量和成本控制方面一向表现出众,尤其适用于板材切割这类应用。光纤切割系统的运行成本比传统的CO2系统低,而且其所能实现的切割质量也比等离子切割系统高。

  与CO2激光切割系统相比,光纤激光切割系统能显著降低运行成本,如图2所示。基于CO2激光器的切割系统通常需要每周或每月对光束传输的部分进行维护,才能保证激光切割的性能。相比之下,光纤激光切割系统则是通过光纤把能量直接传输到切割头,将光束传输部分的维护成本降低了约80%。此外,一套功率400W的光纤激光切割系统的成本,相比于功率1kW的CO2激光切割系统的成本要低25%;相比于功率3kW的CO2激光切割系统的成本要低50%。

厚度为2mm以下板材切割的应用实例

图1:厚度为2mm以下板材切割的应用实例

使用不用种类的激光器加工厚度为1mm的不锈钢板的年运营成本对比图

图2:使用不用种类的激光器加工厚度为1mm的不锈钢板的年运营成本对比图

  等离子切割系统由于其内部易损部件的消耗,在一段时间内,其实现的产品切割质量往往参差不齐,需要经常更换易损件。这种切割方法的另一个缺点是:加工过程中会产生较大的热影响区(HAZ),并且切缝宽度较宽,这样就较难实现高常精细切割质量,同时也容易造成材料浪费。另一点值得注意的是,采用等离子切割的材料只有一边是可用的。

  在使用光纤激光切割系统时,则没有任何机械损耗,产品的切割质量能始终保持一致。如图3所示,利用光纤激光切割系统切割,热影响区和切缝都比较小,工件能够紧密地排列,能够获得十分精细的切割质量。

光纤激光器获得的较窄的切缝

图3:光纤激光器获得的较窄的切缝(厚度为1mm的不锈钢薄板,切割速度为8.5m/min)。

  在一个既定的车间中,光纤激光器可以用来加工平板、三维模具组件、管材等,因此它是一个非常灵活的工业加工工具。此外,光纤激光器具备较低的维护率和较高的电光转换效率,因此能帮助用户进一步降低生产成本。

  激光切割测试

  激光切割测试中使用的是redPOWER系列激光器,测试结果如图4所示,不锈钢和铝材的切边情况如图5所示。这些测试数据证明了该切割系统所能实现的较高的切割速度和切割质量。由于该系统的激光聚焦光斑极小,并结合了优质的光束质量和高功率输出,因此能获得极好的切边质量,几乎没有废渣产生,热影响区域也非常小。 

使用400W连续光纤激光器切割厚度小于2mm的低碳钢、不锈钢和铝材的切割速度对比图

图4:使用400W连续光纤激光器切割厚度小于2mm的低碳钢、不锈钢和铝材的切割速度对比图

使用redPOWER系列光纤激光器切割厚度为2mm的金属板材所实现的切边效果

图5:使用redPOWER系列光纤激光器切割厚度为2mm的金属板材所实现的切边效果(上图为铝材,下图为不锈钢)。

  排样

  光纤激光切割系统非常适于高效的排样组件切割,其典型的排样切割如图6所示。由于光纤激光切割系统能实现较窄的切缝和较小的热影响区,因此工件能紧密地排列在一起,甚至是连接在一起。使用排样法时,光纤激光切割系统相比于高精度等离子切割系统,能节省15%的板材,从而令制造商能从高效、节能、实用的激光加工系统中获益。

典型的紧凑型切割排样设计

图6:典型的紧凑型切割排样设计(图片由IBE软件提供)

  当需要对厚度低于2mm的金属板材进行切割加工时,redPOWER系列光纤激光器的表现具备显著地优势。对于许多应用来说,光纤激光器都是理想的解决方案,随着光纤激光器技术的成熟,其将为用户带来高质量的加工品质和低廉的制造成本。(作者:英国SPI激光 陆明) 
 

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