激光切割橡膠應用實例淺析

郭筠婷

摘 要：隨著切割技術的發(fā)展，激光切割已經(jīng)在非金屬切割領域中占據(jù)重要地位。本文對現(xiàn)今激光切割橡膠應用實例進行了簡要分析。

關鍵詞：激光切割 橡膠 應用

傳統(tǒng)的非金屬切割方法，是利用刀具進行切割。這種方法不僅費時，刀具使用一段時間后還會有磨損。相對于傳統(tǒng)切割方式，激光切割縫隙更小，速度更快，更能夠省去大部分材料，加工效果好，精準度高，因此相信在未來的切割方式選擇中，激光切割將是大眾的需求。

1.激光切割原理

激光切割是通過把高功率密度激光束聚焦后照射在工件上，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。激光可以切割多種材料，如亞克力、刀模板、布料、皮革等，因此激光切割是一種在多行業(yè)切割中的新型方案。在非金屬激光切割領域中，CO2激光的應用較為普遍。

2.應用舉例

2.1橡膠工業(yè)用激光切割墊圈

英國橡膠工業(yè)部門安裝了一臺英國鄧洛普精密橡膠部生產(chǎn)的首批激光切割機。該系統(tǒng)主要用于將模壓墊圈切割成飛機制造商所要求的精密復雜形狀。

這種激光切割機采用 4級 激光器。它包括費蘭蒂公司的激光振蕩器，裝在Wadkin公司的X-Y軸數(shù)控臺上，臺的工作區(qū)為2.6m*1.25m。過去生產(chǎn)的墊圈是由裝配工用沖壓及模具技術改制成所需形狀的未切割的 3m 毛坯。這種新裝置可使該部能比以前更精密地切割墊圈并提供成品部件。

用激光對導電橡膠墊進行加工，還可以采用這種系統(tǒng)（如右圖所示）：加工裝置包括激光器，擴束鏡，反射鏡，切割頭及樣品移動平臺。激光器產(chǎn)生的激光，首先進入安裝于激光器輸出端用于擴展激光束直徑的擴束鏡，依次經(jīng)過安裝于擴束鏡輸出端用于改變激光行進方向的反射鏡及安裝于反射鏡下方的切割頭中的聚焦鏡，入射到安裝于F-theta鏡下方的移動平臺上固定的待加工導電橡膠上，通過程序控制移動平臺上導電橡膠的移動，激光加工出所需要的產(chǎn)品形狀。由于激光加工精度高、速度快，因此解決了傳統(tǒng)機械加工即模具加工精度有限、成型周期長的問題。

2.2激光切削帶電導線絕緣外皮

采用CO2激光切削帶電導線絕緣外皮（如右圖所示），該裝置主要針對高壓供電線路的帶電接引作業(yè)。切削裝置包括CO2激光器、左光路系統(tǒng)、右光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和懸掛機構(gòu)。左光路系統(tǒng)和右光路系統(tǒng)通過懸掛機構(gòu)對稱懸掛于帶電導線兩側(cè)，CO2激光器設置在下方；左光路系統(tǒng)由左路反射鏡組和左路振鏡盒組成；右光路系統(tǒng)由右路反射鏡組和右路振鏡盒組成；CO2激光器、左路振鏡盒、右路振鏡盒和反射鏡移動裝置分別連接控制系統(tǒng)。此裝置利用CO2激光對橡膠和金屬不同的物理燒灼特性，以及振鏡盒對激光束的引導作用，雙光路系統(tǒng)從兩側(cè)分別在帶電導線絕緣外皮上切削“H”形切口，通過精準對接實現(xiàn)對絕緣外皮的完整切削；用1個CO2激光器實現(xiàn)雙光路分時工作，并可實現(xiàn)全方位遠程監(jiān)控。

2.3激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復合體

內(nèi)含鋼絲橡膠復合體材料是我國某些橡膠工廠研究的汽車拖拉機輪胎的新型材料，由橡膠和鋼絲繩兩部分組成，鋼絲繩外面包裹橡膠，鋼絲繩直徑為1.2毫米，由40根直徑0.15毫米的鋼絲組成。對這種材料進行激光切割的設備是數(shù)控激光切割機（如右圖所示），激光束通過導光系統(tǒng)中的砷化鎵透鏡聚焦，使光斑直徑達到0.1毫米左右，聚焦后的光斑照射在工作臺的工件上，其功率密度非常高，材料表面上溫度達到上萬度，使其溶化和氣化，形成裂縫。加上同軸吹起，吹走切縫中的熔融氣化濺射物及灰塵，達到切割目的。工作臺傳動機構(gòu)由控制系統(tǒng)按照所加工零件的外形進行控制，使進給速度均勻。在切割非金屬材料時，一般采用長焦距；而切割1-6毫米厚的材料采用短焦距為好。小于10厘米為短焦距，大于20厘米為長焦距，中間為過度焦距。橡膠是易燃材料，選用的輔助氣體是惰性氣體，如氬氣或氮氣等。對厚度為4毫米的這種材料切割時，選擇CO2激光器的功率為350～400瓦，并選用合適的透鏡焦距和氣體種類，調(diào)節(jié)適當?shù)臍怏w壓力，切割速度可達1.5～1.7米/分，且材料切割面光潔，無燒焦硫化現(xiàn)象。采用激光切割此種材料，工序簡單，切口光潔，無毛刺，可以實現(xiàn)流水線生產(chǎn)。

2.4用激光實現(xiàn)非金屬增強件的升華

為了實現(xiàn)例如芳綸或PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維形成的非金屬增強件的升華，選擇使用CO2激光束以及具有至少100W的功率和9350納米和10740納米之間的波長的發(fā)射源。

總結(jié)：本文對現(xiàn)今激光切割橡膠應用實例進行了簡要分析。包括橡膠工業(yè)用激光切割墊圈、激光切削帶電導線絕緣外皮、激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復合體和用激光實現(xiàn)非金屬增強件的升華。用激光對導電橡膠墊進行加工時，由于激光加工精度高、速度快，因此解決了傳統(tǒng)機械加工即模具加工精度有限、成型周期長的問題。采用CO2激光切削帶電導線絕緣外皮能夠在10kV供電線路不停電情況下進行接引，即帶電接引作業(yè)。采用激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復合體，工序簡單，切口光潔，無毛刺，可以實現(xiàn)流水線生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]章新泰.激光切割內(nèi)含鋼絲橡膠復合體材料試驗.內(nèi)燃機制造技術.1986（2）：20-23

[2]用激光進行切割加工.激光與光電子學進展.1973（2）：25-30