噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制

噴嘴設(shè)計(jì)及氣流控制技術(shù)： 激光切割鋼材時(shí),氧氣和聚焦的激光束是通過(guò)噴嘴射到被切材料處,從而形成一個(gè)氣流束。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)；同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。聚集之后如果光斑非常小，則切割精度非常高，要是切割之后的縫隙也非常小。因此，除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計(jì)及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的噴嘴采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實(shí)驗(yàn)和誤差方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算與分析。2mm很容易較低較高等離子切割較小較大高1mm很容易較高較低水切割較大小高容易較高較高模沖切割較小較大低難高較低鋸切較大較小低難很慢較低線(xiàn)切割較小很小高容易很慢較高氣燃體切割很大嚴(yán)重低較容易低較低電火花切割很小很小高容易很慢很高。在使用時(shí)從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱(chēng)噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面,其壓力稱(chēng)切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。

可用下列公式計(jì)算： V=8.2d2(Pg 1)

V-氣體流速 L/min

d-噴嘴直徑 mm

Pg-噴嘴壓力（表壓）bar

對(duì)于不同的氣體有不同的壓力閾值,當(dāng)噴嘴壓力超過(guò)此值時(shí),氣流為正常斜激波,氣流速?gòu)膩喴羲傧虺羲龠^(guò)渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關(guān)：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當(dāng)噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1 1/n)1 n/2時(shí)（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變?yōu)檎げ?切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格對(duì)比:截止2016-12-05編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)/S30400CMnPSSiCrNiNCu1ASTMA276/A276M-150。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。

為進(jìn)一步提高激光切割速度,可根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產(chǎn)生正激波,設(shè)計(jì)制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結(jié)構(gòu)。德國(guó)漢諾威大學(xué)激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗(yàn),見(jiàn)圖4。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數(shù)關(guān)系。際不銹鋼標(biāo)示方法美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)是用三位數(shù)字來(lái)標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的可鍛不銹鋼的。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時(shí)切割速度只能達(dá)到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時(shí)切割速度可達(dá)到3.5m/min和5.5m/min。應(yīng)指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數(shù)。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。

高切割壓力區(qū)緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩(wěn)定,是工業(yè)生產(chǎn)中切割手扳常用的工藝參數(shù)。第二高切割壓力區(qū)約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護(hù)透鏡,提高其使用壽命。生產(chǎn)領(lǐng)域包括不銹鋼絲網(wǎng)、不銹鋼裝飾網(wǎng)、不銹鋼軋花網(wǎng)、銅網(wǎng)、不銹鋼汽液過(guò)濾網(wǎng)、不銹鋼輸送帶等產(chǎn)品，用于石油、化工、汽車(chē)、礦山、裝飾造紙等各行各業(yè)。曲線(xiàn)上的其他高切割壓力區(qū)由于距噴嘴出口太遠(yuǎn),與聚焦光束難以匹配而無(wú)法采用。

鋁

盡管有高反射率和熱傳導(dǎo)性，厚度6mm以下的鋁材可以切割，這取決于合金類(lèi)型和激光器能力。當(dāng)用氧切割時(shí)，切割表面粗糙而堅(jiān)硬。用氮?dú)鈺r(shí)，切割表面平滑。304是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機(jī)件。純鋁因?yàn)槠涓呒兎浅ｋy切割，只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時(shí)候才能切割鋁材。否則反射會(huì)毀壞光學(xué)組件。

鈦

鈦板材用氣和氮?dú)庾鳛榧庸怏w來(lái)切割。其它參數(shù)可以參考鎳鉻鋼。

銅和黃銅

兩種材料都具有高反射率和非常好的熱傳導(dǎo)性。厚度1mm以下的黃銅可以用氮?dú)馇懈?；厚?mm以下的銅可以切割，加工氣體必須用氧氣。只有在系統(tǒng)上安裝有“反射吸收”裝置的時(shí)候才能切割銅和黃銅。否則反射會(huì)毀壞光學(xué)組件。

合成材料

切割合成材料時(shí)要牢記切割的危險(xiǎn)和可能排放的危險(xiǎn)物質(zhì)?？杉庸さ暮铣刹牧嫌校簾崴苄运芰?、熱硬化材料和人造橡膠。

有機(jī)物

在所有有機(jī)物切割中都存在著著火的危險(xiǎn)（用氮?dú)庾鳛榧庸怏w，也可以用壓縮空氣作為加工氣體）。木材、皮革、紙板和紙可以用激光切割，切割邊緣會(huì)燒焦（褐色）。

激光沖切機(jī)

多年來(lái)，國(guó)外發(fā)展了綜合激光切割和機(jī)械沖孔技術(shù)的激光沖切機(jī)，這種機(jī)械對(duì)復(fù)雜形狀的工件用機(jī)械方法模沖出內(nèi)孔，然后用激光切割方法切出外緣和需要長(zhǎng)距離切割的線(xiàn)條。

工件在切割前，對(duì)其進(jìn)行激光切割的可行性以及切割過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題要預(yù)先予 以考慮。比如，此類(lèi)材料可否進(jìn)行激光切割？其切割的難點(diǎn)在哪里？是否需要對(duì)樣品進(jìn)行試割？如何達(dá)到切割的質(zhì)量和精度的要求？工件切割的基準(zhǔn)起始點(diǎn)放在哪里？等等。

影響激光切割質(zhì)量的因素很多，激光切割的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)過(guò)程中的主要因素實(shí)施高度控制，使切割出的工件充分滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，并且重復(fù)性很好。這些主要因素由切割速度、焦點(diǎn)位置、輔助氣體壓力、激光輸出功率等工藝參數(shù)構(gòu)成。

除了以上4個(gè)最重要的變量以外，可能對(duì)切割質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素還包括光束參數(shù)（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脈沖波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面狀態(tài)），以及割炬和噴嘴、外光路系統(tǒng)、工件固定等其他因素。

隨著金屬加工行業(yè)的發(fā)展，金屬激光切割機(jī)的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯，所占地位比重越來(lái)越大。

激光切割機(jī)的用途

激光切割機(jī)—切割樣品(5張)

可以切割的材料有很多，激光切割機(jī)可以對(duì)亞克力、木板、布料、皮革、金屬等進(jìn)行切割，根據(jù)功率幅面的大小可以用在不同的行業(yè)。但是不同的材料具有不同的特性，所以在使用激光切割時(shí)需要注意的事項(xiàng)也不同。布料的切割可以用在制衣、地毯、工業(yè)面料等方面，亞克力切割機(jī)可以用在亞克力工藝品制作等方面、木板的切割可以用作模型制作、金屬的切割可以代替原始的切割做各類(lèi)金屬制品等?！〖す馇懈顧C(jī)的采購(gòu)方法

激光加工設(shè)備運(yùn)用在服裝行業(yè)的主要產(chǎn)品有高速激光裁剪機(jī)、全自動(dòng)激光切割機(jī)、激光裁床、互移式雙頭激光裁剪機(jī)、全自動(dòng)激光叨割機(jī)和激光打標(biāo)機(jī)等。每——種設(shè)備的不同加：正幅面是 不同的。上述設(shè)備除激光打標(biāo)機(jī)外，都可以進(jìn)行布料裁剪裁片、服裝打樣、商標(biāo)、貼布繡切割、皮革雕花鉆孔、牛仔噴花、繡花等工藝的作業(yè)。而就全自動(dòng)激光切割機(jī)而言，它的平臺(tái)是可以運(yùn)動(dòng)的，與送料裝置配合起來(lái)就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加工的目的。銅板的厚度沒(méi)有一致的，但力求在同一張鋼板的厚度盡量一致，一般中等規(guī)格的鋸板，厚度公差為0。激光裁床主要運(yùn)用于大幅面的加工；互移式雙頭激光裁剪機(jī)除秉承了激光裁剪的特點(diǎn)外，它的兩個(gè)激光頭可以——起運(yùn)動(dòng)作業(yè)也可以分開(kāi)作業(yè)；全自動(dòng)商標(biāo)切割機(jī)能對(duì)諸如商標(biāo)、繡花等圖案進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和建模、自動(dòng)搜索，同時(shí)也能對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)圖形特征相似的圖形進(jìn)行采集和自動(dòng)識(shí)別切割。