不銹鋼薄板激光切孔工藝研究

【摘 要】利用連續(xù)光纖激光器，通過對(duì)0.3mm不銹鋼薄板進(jìn)行激光打孔試驗(yàn)，分析了激光功率、切割速度、加速度/減速度和調(diào)制頻率對(duì)孔質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要得到較好的孔效果，不能單一只考慮一個(gè)參數(shù)，需要進(jìn)行綜合分析，選擇合適的參數(shù)，提高孔的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)激光器；不銹鋼薄板；激光切孔

0 引言

激光打孔技術(shù)利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料氣化，從而去除材料實(shí)現(xiàn)打孔[1-2]。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有優(yōu)越性，是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一[3-4]。本文采用連續(xù)激光器對(duì)0.3mm厚度的不銹鋼進(jìn)行激光切孔研究，主要分析激光功率、切割速度、加速度/減速度和調(diào)制頻率對(duì)孔徑質(zhì)量的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用光纖激光切割機(jī)是利用光纖激光器產(chǎn)生一定功率和能量的連續(xù)激光，通過設(shè)置控制軟件，將連續(xù)激光調(diào)制成脈沖光，再通過光學(xué)系統(tǒng)垂直入射到加工工件表面，由微機(jī)控制工作臺(tái)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種形狀的切割，連續(xù)光纖激光切割機(jī)示意圖如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)材料為0.3mm厚的不銹鋼鋼薄板，激光器波長(zhǎng)為1.06um，最大功率500w，聚焦鏡焦距50mm，聚焦后光斑直徑為0.05mm，切割孔直徑的大小為0.5mm。

圖1 光纖激光切割機(jī)示意圖

2 工藝試驗(yàn)

2.1 激光功率對(duì)孔質(zhì)量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點(diǎn)位置，調(diào)制頻率1kHz，占空比50%，速度30mm/s，加速度/減速度10mm/s。圖2給出了功率對(duì)孔大小影響的試驗(yàn)曲線，激光功率小于10%時(shí)激光不能將0.3mm厚的不銹鋼鋼板打孔，隨著功率的增加孔徑逐漸增大，當(dāng)功率值增大到50%時(shí)，孔表面氧化變嚴(yán)重，并下孔徑出現(xiàn)明顯的沾渣，因此，在做小孔打孔的時(shí)候不能選擇太大的功率，此參數(shù)下30%的功率效果較好。

圖2 功率對(duì)孔大小的影響

2.2 切割速度對(duì)孔質(zhì)量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點(diǎn)位置，激光功率50%，調(diào)制頻率1kHz，占空比50%，加速度/減速度10mm/s。速度太低光斑重疊的太多，導(dǎo)致表面氧化嚴(yán)重，并且邊緣不平整，粗糙，有殘?jiān)鐖D3（a）所示。速度增大效果變好，但不能太大，速度太大達(dá)不到鋼板氣化點(diǎn)，不能完整的切除小孔，速度在50 mm/s左右切割質(zhì)量較好，如圖3（b）所示。

圖3 功率對(duì)孔質(zhì)量影響對(duì)比圖

2.3 切割加速度/減速度對(duì)孔質(zhì)量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點(diǎn)位置，激光功率50%，調(diào)制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s。隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，孔反面光滑度變差，會(huì)出現(xiàn)明顯的殘?jiān)?；加速?減速度達(dá)到50mm/s時(shí)，邊緣明顯看到齒狀，如圖4（b）所示。該參數(shù)下，加速度/減速度應(yīng)選擇40以下較好，如圖4（a）所示。此參數(shù)下，加速度/減速度10mm/s的時(shí)候效果相對(duì)最好。

圖4 加速度/減速度對(duì)孔質(zhì)量影響對(duì)比圖

2.4 調(diào)制頻率對(duì)孔質(zhì)量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點(diǎn)位置，激光功率50%，調(diào)制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s，加速度/減速度10mm/s。調(diào)制頻率太低，孔徑邊緣氧化比較嚴(yán)重；隨著調(diào)制頻率的增加，氧化現(xiàn)象得以改善，調(diào)制頻率取1-1.5之間時(shí)有氧化現(xiàn)象少，小孔邊緣光滑平整，反面掛渣很少；調(diào)制頻率繼續(xù)增大，氧化現(xiàn)象開始明顯，邊緣變粗糙。此參數(shù)下，調(diào)制頻率大概在1-1.5之間效果較好。

3 結(jié)論

利用連續(xù)型光纖激光器對(duì)0.3mm厚的不銹鋼薄板進(jìn)行打孔試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)中，激光器功率、切割速度、加速度/減速度和調(diào)制頻率對(duì)孔的質(zhì)量影響都比較大，對(duì)于這種薄板，進(jìn)行切割小孔時(shí)，功率不能太大，否則小孔邊緣氧化比較嚴(yán)重，隨著功率的增大，小孔直徑也將增大；隨著速度的增大，小孔質(zhì)量變好，但是速度不能太大，否則不能切透；隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，其值過大會(huì)導(dǎo)致孔邊緣明顯看到光斑形狀，且氧化比較嚴(yán)重。激光器的調(diào)制頻率也不能太小或太大，否則孔邊緣氧化嚴(yán)重，而且粗糙。因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)該將多個(gè)因素進(jìn)行考慮。經(jīng)過以上實(shí)驗(yàn)總結(jié)，最后得到相對(duì)較好的參數(shù)為功率40%，調(diào)制頻率1，占空比40%，速度30mm/s，加速度和減速度20mm/s。

【參考文獻(xiàn)】

（上接第23頁(yè)）[1]張永康，周建忠，葉云霞.激光加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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[責(zé)任編輯：劉帥]