[發(fā)明專利]一種氣熔比法鋁合金薄板激光精密切割方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310690405.8
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104708209A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鞠洪建
• 申請（專利權(quán)）人: 大連康賽譜科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的薄板、薄壁精密零件加工技術(shù)，特別是一種氣熔比法鋁合金薄板激光精密切割方法。

背景技術(shù)

采用激光加工的難題在于如何對鋁合金薄板進行高質(zhì)量切割，主要原因是切口存在微小的重鑄層、掛渣及條紋。目前，有關(guān)薄板激光切割工藝和數(shù)學(xué)建模的研究取得一定成果，重鑄層等質(zhì)量缺陷也得到了一定的抑制，但所獲得的結(jié)論多通過外部工藝參數(shù)調(diào)整來獲得好的質(zhì)量，而沒有將切割內(nèi)部機理與質(zhì)量因素聯(lián)系起來。切割時材料流動的基本形態(tài)為氣化和熔化，兩者之比即氣熔比，對切割過程和切割質(zhì)量有很大影響。如何建立激光切割氣熔比與切割質(zhì)量之間的關(guān)系，基于氣熔比控制工藝參數(shù)，改善切割表面質(zhì)量，對激光精密切割工藝有重要應(yīng)用價值和理論意義。例如軍工方面，機載雷達(dá)上的縫陣天線，其微小縫隙陣列的加工是制約天線性能的重要因素。應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)的流體凈化和提純的不銹鋼高密孔隙過濾板。醫(yī)療用微流道芯片及其不銹鋼微流道制作模具等，急需高效、高質(zhì)量的精密加工方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的主要是提供一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的薄板、薄壁精密零件的加工方法，在傳統(tǒng)激光切割工藝基礎(chǔ)上，將切割內(nèi)部機理與質(zhì)量因素聯(lián)系起來，建立激光切割氣熔比與切割質(zhì)量之間的關(guān)系，找出高效、高質(zhì)量的精密切割加工方法。

薄板激光高質(zhì)量精密切割一直是個難題，在切割過程中，由于殘留熔融材料二次冷凝在切口處形成重鑄層，在切口處有條紋，其下表面變現(xiàn)為掛渣，這將嚴(yán)重影響切割表面質(zhì)量及切口性能。如何解決二次冷凝引起的質(zhì)量缺陷將是薄板激光切割所要解決的普遍性問題。傳統(tǒng)激光切割工藝大多是通過修正外部工藝參數(shù)來提高切割質(zhì)量，而沒有將切割內(nèi)部機理與質(zhì)量因素聯(lián)系起來。切割時材料流動的基本形態(tài)為氣化和熔化，氣化／熔化=氣熔比，二者之間存在合理的最佳切割點。通過反復(fù)試驗和理論分析，完全可以確定由激光功率、掃描速度及吹氣壓力相互作用量的大小所形成氣熔比的最佳切割方案。此參數(shù)的提出，為改善切割表面質(zhì)量有了很大的提高。

本發(fā)明的一種氣熔比法鋁合金薄板激光精密切割方法，采用精密數(shù)控JK701H型Nd：YAG固體激光器對工件實驗材料為0.5mm厚6063鋁合金進行精密切割加工，調(diào)整激光輸出功率為65-105W、激光切割掃描速度為1.6-2.4mm／s、系統(tǒng)輔助吹氣壓力為氮氣0.6-0.8MPa。通過CCD監(jiān)視系統(tǒng)對切割過程進行觀測，確定由系統(tǒng)激光功率、掃描速度、和輔助吹氣壓力所形成的最佳氣熔比工藝參數(shù)。使工件切割達(dá)到無掛渣、重鑄層切口光滑且條紋細(xì)淺的高質(zhì)量切縫，從而實現(xiàn)精密切割的目的。

本發(fā)明的精密切割方法有益效果是：通過分析和確定氣熔比工藝參數(shù)，可形成對氣熔比優(yōu)化控制策略，使傳統(tǒng)的激光切割工藝在質(zhì)量方面得到進一步提高。對解決精密、微細(xì)尺度及表面質(zhì)量加工的技術(shù)難題有著深遠(yuǎn)意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光切割示意圖。

1.鋁合金工件，2.激光功率，3.掃描速度，4.輔助吹氣壓力。

具體實施方式

如附圖所示，本發(fā)明的具體實施例：

1)首先固定激光功率(2)為105W和掃描速度(3)為1.6mm／s，在此前提下選擇吹氣壓力(4)分別為0.8MPa、0.7MPa、0.6MPa進行試驗。在VHX-600超景深顯微鏡下觀測切口形貌，實踐證明隨著吹氣壓力的變化對激光切割氣熔比和殘留熔融層影響不大，而對掛渣有很大影響，輔助吹氣壓力(4)為0.8MPa時切口質(zhì)量最佳。

2)保持掃描速度(3)為2mm／s和吹氣壓力(4)為0.8MPa不變，選擇激光功率(2)分別為65W、85W、105W，通過公式計算得到不同氣熔比的激光切割條件如表1。

表1??氣熔比值隨激光功率的變化