激光切割頭在鈑金行業(yè)的運用
鈑金車間的傳統(tǒng)加工方法包括切割，下料和彎曲。其中，落料工藝需要大量的模具，具有切割少，無需切割的特點。在加工產(chǎn)品時，通常會配備數(shù)十套模具，甚至某些產(chǎn)品可能也需要數(shù)百套模具。從經(jīng)濟(jì)的角度來看，配備大量模具的產(chǎn)品成本相應(yīng)增加，導(dǎo)致資金浪費。為了適應(yīng)現(xiàn)代鈑金加工，降低生產(chǎn)成本，提高加工工藝水平，激光頭加工技術(shù)應(yīng)運而生。
隨著激光切割頭的應(yīng)用，鈑金加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并為鈑金加工帶來了革命性的思想。激光切割頭技術(shù)和激光切割頭設(shè)備已為大多數(shù)鈑金加工企業(yè)所熟悉和接受，并逐漸取代傳統(tǒng)的鈑金切割設(shè)備（主要為數(shù)控設(shè)備，包括剪切機(jī)，沖孔機(jī)，火焰切割，等離子切割，高壓水）切割等傳統(tǒng)的鈑金加工設(shè)備）具有加工效率高，加工精度高，切割截面質(zhì)量好，三維切割等優(yōu)點。
激光頭加工技術(shù)在鈑金加工技術(shù)中起著非常重要的作用。它提高了鈑金加工的勞動生產(chǎn)率，并促進(jìn)了鈑金加工的發(fā)展。激光切割頭具有很高的靈活性，可以大大減少加工周期，快速切割，產(chǎn)生高效率，提高加工精度并加快產(chǎn)品開發(fā)速度。這些優(yōu)勢吸引了許多制造企業(yè)的注意力。
激光切割頭通過光路系統(tǒng)將由激光頭的激光發(fā)射的激光聚焦成具有高功率密度的激光束。激光束照射工件的表面以使工件達(dá)到熔點或沸點，并且與光束同軸的高壓氣體將熔融或汽化的金屬吹走。隨著梁和工件之間相對位置的移動，材料最終形成狹縫，從而達(dá)到切割目的。激光切割頭使用不可見光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械刀。具有精度高，切割速度快，切割圖案無限制，自動排版，節(jié)省材料，切口平整，加工成本低等特點。它將逐步改善或替代傳統(tǒng)的金屬切割設(shè)備。
激光切割頭的機(jī)械部件不與工件接觸，并且在操作過程中不會刮傷工件表面。激光切割速度快，切口光滑平整，通常不需要后續(xù)治療。切削熱影響區(qū)小，板變形小，接頭窄（0. 10. 3 mm）；切口沒有機(jī)械應(yīng)力，也沒有剪切毛刺。重復(fù)性好，不損壞材料表面，數(shù)控編程，可加工任何計劃，寬幅切割整板，無需開發(fā)模具，經(jīng)濟(jì)又省時。通常，建議將激光切割頭用于12mm以內(nèi)的碳鋼板和10mm以內(nèi)的不銹鋼板。
激光切割頭無切削力，無變形，無工具磨損，材料適應(yīng)性好。簡單零件和復(fù)雜零件均可通過激光準(zhǔn)確，快速地成型和切割。它可以實現(xiàn)自動切割和套料，提高材料利用率，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
激光切割機(jī)的分類：根據(jù)不同的激光發(fā)生器，市場上大約有三種激光切割機(jī)：CO2激光切割頭，YAG（固態(tài)）激光切割頭和光纖激光切割頭。
（1）CO2激光切割機(jī)：可穩(wěn)定切割20mm以內(nèi)的碳鋼，10mm以內(nèi)的不銹鋼和8mm以下的鋁合金。
CO2激光的波長為10.6μm，相對容易被非金屬吸收。它可以切割高質(zhì)量的非金屬材料，例如木材，丙烯酸，PP，有機(jī)玻璃等，但CO2激光的光電轉(zhuǎn)換率僅為10％左右。 CO2激光切割機(jī)配有噴嘴，用于在光束出口處注入氧氣，壓縮空氣或惰性氣體N2，以提高切割速度并確保切口的光滑度和平滑度。為了提高電源的穩(wěn)定性和使用壽命，CO 2氣體激光器必須解決大功率激光器的放電穩(wěn)定性。根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害分為4級，CO2激光屬于最低級。
主要優(yōu)點：大功率，通常在2000至4000 W之間，可切割25mm以內(nèi)的各種尺寸的不銹鋼，碳鋼和其他常規(guī)材料，4mm以內(nèi)的鋁板，60mm以內(nèi)的丙烯酸板，木板和PVC板，并且可以切割薄板快速。此外，由于CO2激光輸出連續(xù)激光，因此三臺激光切割機(jī)中的切割部分更加平滑。
主要市場定位：625 mm板材切割，主要面向大中型企業(yè)和一些純外部激光切割企業(yè)。由于不可克服的因素，例如激光的大量維修損失和主機(jī)的高功耗，以及近年來光纖激光切割機(jī)的巨大沖擊，市場處于明顯萎縮的狀態(tài)。
（2）YAG固體激光切割頭具有價格低廉，穩(wěn)定性好的特點，但能量效率一般低于3％。
目前，產(chǎn)品的輸出功率大多在800W W以下。由于輸出能量低，該產(chǎn)品主要用于沖壓，點焊和薄板切割。綠色激光束可在脈沖或連續(xù)波條件下使用，具有波長長，聚焦性能好的特點。它適用于精密加工，尤其是脈沖，切割，焊接，光蝕刻等條件下的孔加工。YAG固體激光切割頭的激光波長不易被非金屬吸收，因此無法切割非金屬材料。 YAG固體激光切割頭需要提高電源的穩(wěn)定性和使用壽命。有必要開發(fā)大容量，長壽命的光泵激發(fā)光源。通過使用半導(dǎo)體光泵，可以大大提高能源效率。
主要優(yōu)點：它可以切割鋁板，銅板和大多數(shù)有色金屬材料，這是其他激光切割頭無法切割的。該機(jī)器價格便宜，使用率低且易于維護(hù)。大多數(shù)關(guān)鍵技術(shù)已被國內(nèi)企業(yè)掌握。配件的價格和維護(hù)成本低，并且機(jī)器的操作和維護(hù)簡單。對員工的素質(zhì)要求不高。
主要市場定位：切割在8毫米以下。它主要針對中小企業(yè)自用和鈑金制造，家用電器制造，廚具制造，裝飾，廣告和其他對加工要求不是特別高的行業(yè)的大多數(shù)用戶。將來，它可能會逐步取代傳統(tǒng)的加工設(shè)備，例如線切割，數(shù)控沖床，水切割和低功率等離子。
（3）光纖激光切割頭可以通過光纖傳輸，具有空前的靈活性，故障點少，維護(hù)方便，速度快的特點。
當(dāng)切割4mm以內(nèi)的薄板時，它具有很大的優(yōu)勢，但是由于切割厚板時固體激光波長的影響，其質(zhì)量非常差。光纖激光切割頭的波長為1.06μm，不易被非金屬吸收，因此不能切割非金屬材料。光纖激光器的光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)25％以上，在功耗和支持的冷卻系統(tǒng)參數(shù)方面，光纖激光器的優(yōu)勢十分明顯。
根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，光纖激光器是最有害的類型，因為它們的波長長且對眼睛的傷害很大。出于安全原因，必須在完全封閉的環(huán)境中進(jìn)行光纖激光加工。光纖切割頭作為一種新的激光頭技術(shù)，遠(yuǎn)沒有二氧化碳激光切割頭流行。
主要優(yōu)點：光電轉(zhuǎn)換率高，功耗低。它可以切割12mm之內(nèi)的不銹鋼板和碳鋼板，是三臺機(jī)器中切割薄板最快的激光切割頭。間隙細(xì)，斑點質(zhì)量好，可用于精細(xì)切割。
主要市場定位：切割12mm以下，特別是薄板的高精度加工。它主要針對需要極高的加工精度和效率的制造商。據(jù)估計，隨著5000W及以上激光器的出現(xiàn)，光纖激光切割頭將最終在大多數(shù)市場上取代CO2高功率激光切割頭。
激光熔切切割頭
（1）在激光熔化和切割中，在工件局部熔化之后，熔化的材料通過氣流噴出。由于材料轉(zhuǎn)移僅在液態(tài)下進(jìn)行，因此此過程稱為激光熔體切割。
（2）激光束與高純度惰性切割氣體耦合，促使熔融材料離開縫隙，氣體本身不參與切割。
（3）激光熔化切割比氣化切割可獲得更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于熔化材料所需的能量。在激光熔化切割中，激光束僅被部分吸收。
（4）最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，但是隨著板厚和材料熔化溫度的增加而相反地減小。當(dāng)激光功率恒定時，限制因素是縫隙處的氣壓和材料的熱導(dǎo)率。
（5）鐵和鈦金屬的非氧化切割可以通過激光熔融切割獲得。對于鋼，將產(chǎn)生熔化但不蒸發(fā)的激光功率密度，并且激光功率密度在104 W / cm2和105 W / cm2之間。
激光火焰切割頭
激光火焰切割與激光熔體切割不同，因為它使用氧氣作為切割氣體。通過氧氣和加熱的金屬之間的相互作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以進(jìn)一步加熱材料。對于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，通過這種方法獲得的切割速度要高于通過熔融切割獲得的切割速度。
另一方面，這種方法在切口質(zhì)量上不如熔融切割。實際上，產(chǎn)生了較寬的狹縫，明顯的粗糙度，增加的熱影響面積和較差的邊緣質(zhì)量。在加工精密模型和尖角時，激光火焰切割是有缺陷的（存在燃燒尖角的危險）。脈沖模式激光可用于限制熱影響區(qū)。使用的激光功率決定切割速度。在一定的激光功率下，限制因素是氧氣的供應(yīng)和材料的熱導(dǎo)率。
激光氣化切割頭
在激光氣化切割過程中，材料在切割縫處被氣化，這需要非常高的激光功率。為了防止材料蒸氣凝結(jié)在狹縫壁上，材料的厚度不得大大超過激光束的直徑，因此該處理僅適用于不排出熔融材料的情況。該過程實際上僅用于鐵基合金的很小的應(yīng)用領(lǐng)域。
此過程不適用于通常需要較厚切割的木材和某些陶瓷。
（1）在激光氣化切割中，最佳光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。
（2）激光功率和氣化熱對最佳聚焦位置有一定影響。
（3）當(dāng)板厚恒定時，最大切割速度與材料的氣化溫度成反比。
（4）所需的激光功率密度大于108W / cm2，具體取決于材料，切割深度和光束聚焦位置。
（5）在一定的板厚條件下。假設(shè)有足夠的激光功率，則最大切割速度受氣體注入速度的限制。
激光頭加工
加工是指激光束，加工氣體和工件之間的相互作用。圖2示出了處理參數(shù)，切割過程在切割之前，激光必須將工件加熱到熔化和汽化材料所需的溫度。
切割平面由幾乎垂直的平面組成，該平面吸收激光輻射以加熱和熔化。在激光火焰切割中，進(jìn)入狹縫的氧氣流進(jìn)一步將熔化區(qū)加熱到接近沸點的溫度，并且所產(chǎn)生的氣化作用會除去材料。同時，液化材料通過加熱的氣體從工件的下部排出。
在激光熔體切割中，液化材料將與氣體一起排出，從而保護(hù)間隙不被氧化。連續(xù)熔化區(qū)沿切割方向逐漸滑動以獲得連續(xù)的狹縫。在此區(qū)域，激光切割過程中發(fā)生了許多重要活動。分析這些活動可以獲取激光切割的重要信息，計算切割速度并解釋牽引線特性的形成。
材料特性
在工件上切割的結(jié)果可能是整齊的切割，或者相反，可能會有粗糙的邊緣或過度燃燒。影響切削質(zhì)量的最重要因素是。
（1）合金成分。
合金成分在一定程度上影響材料的強(qiáng)度，比重，可焊性，抗氧化性和酸度。鐵合金材料中的一些重要元素包括碳，鉻，鎳，鎂和鋅。
碳含量越高，切割材料就越困難（臨界值為0.8％碳）。以下碳鋼具有良好的激光切割效果：St 37-2，StW 22，DIN 1.203。
（2）材料的基本微觀結(jié)構(gòu)。
通常，構(gòu)成材料的顆粒越細(xì)，切削刃的質(zhì)量就越好。
（3）表面質(zhì)量和粗糙度。
如果表面上有生銹的區(qū)域或氧化層，則切割輪廓將不規(guī)則，并且會出現(xiàn)許多損壞點。要切割瓦楞紙板，請選擇最大厚度切割參數(shù)。
（4）表面處理。
最常見的表面處理是鍍鋅，噴涂，陽極電鍍或?qū)訅核芰媳∧ね繉?。鍍鋅板的邊緣容易結(jié)渣。對于涂漆的面板，切割質(zhì)量取決于涂層產(chǎn)品的成分。
具有分層材料涂層的板非常適合激光切割。為了使電容檢測無故障運行并且使涂層獲得最佳附著力（避免浮起氣泡），涂層邊緣必須始終位于被切割工件的上部。
（5）光束反射。
光束如何在工件表面上反射取決于基本材料，表面粗糙度和處理方法。某些鋁合金，銅，黃銅和不銹鋼板具有高反射率。切割這些材料時，應(yīng)特別注意調(diào)整焦點位置。