激光切割亞克力板的加工質(zhì)量探究

文/楊少英，佛山市歐鉑利復(fù)合材料有限公

激光加工技術(shù)具備非接觸式加工、熱影響范圍弱、作業(yè)更加靈活、可對(duì)高熔點(diǎn)的多種非金屬及金屬材料進(jìn)行加工作業(yè)。應(yīng)用范圍的廣泛性促使激光切割的技術(shù)發(fā)展更加快速，在應(yīng)用范圍中也表現(xiàn)出更多的發(fā)展空間。

1 激光切割原理

激光切割技術(shù)是通過(guò)聚焦激光束成為小塊的光板，之后在光束的中心焦點(diǎn)位置得到對(duì)應(yīng)的密度數(shù)據(jù)，并使其產(chǎn)生可持續(xù)增加焦點(diǎn)位置材料溫度的能量，促使其到達(dá)氣化溫度，最終完成蒸發(fā)，產(chǎn)生孔洞。激光切割就是在此基礎(chǔ)上開(kāi)始對(duì)材料進(jìn)行切割加工，并依照相關(guān)的材料尺寸規(guī)格，促使激光束可以按照工件安排展開(kāi)對(duì)應(yīng)流程的軌道操作運(yùn)動(dòng)，最終形成物體表面的切縫。切割原理如圖1

2 激光切割優(yōu)勢(shì)

激光切割所運(yùn)用的巨大激光能量，也體現(xiàn)了激光切割自身具有諸多優(yōu)勢(shì)。第一，激光切割所形成的窄切縫，使其寬度最低會(huì)達(dá)到0.1mm，且在一定范圍中所產(chǎn)生的熱影響區(qū)很低，基本不會(huì)造成工件變形[1]。第二，波長(zhǎng)不一的激光束也會(huì)對(duì)多種材料進(jìn)行切割，例如木材、鋼板、橡膠等物質(zhì)。對(duì)于脆性的易碎切割材料也同樣適用，比如陶瓷、玻璃等物體。第三，所留下的切口具有較好平行度，且切邊干凈，表面粗糙度更優(yōu)。第四，不用加緊，只要有去油、劃線這些基礎(chǔ)定位準(zhǔn)備工作即可，工件表面無(wú)損傷、無(wú)機(jī)械應(yīng)力、無(wú)刀具磨就能對(duì)盲槽直接切割。第五，激光束具備更強(qiáng)可控性，同時(shí)擁有更好的柔性適應(yīng)力。所以，在和自動(dòng)化裝備結(jié)合過(guò)程中能夠更加便利，實(shí)施切割工作中更快自動(dòng)化。但在工件切割過(guò)程中沒(méi)有約束，激光束自身強(qiáng)大的仿形切割能力，能夠應(yīng)用在計(jì)算機(jī)和數(shù)控控制中，并實(shí)現(xiàn)同計(jì)算機(jī)相聯(lián)的多工位作業(yè)，也是對(duì)材料的一種節(jié)約。

3 激光切割亞克力板的影響因素

3.1 切割速度和焦點(diǎn)位置

通常情況下，在切割過(guò)程中焦點(diǎn)定位需要在工件外表或是在表面向下位置。若是焦點(diǎn)位于最佳位置時(shí)，就說(shuō)明此時(shí)工作效率最快、切割裂縫最小，所達(dá)到的最終切割效果最好。在大部分狀態(tài)下，光束中的焦點(diǎn)位置都會(huì)被調(diào)整到噴嘴下方，其中工件外表中的距離和噴嘴間距是亞克力板厚度的1/3或1.6mm之間。激光切割速度同激光束的工作密度、功率相關(guān)，也和其光束模式有聯(lián)系。同時(shí)亞克力板的厚度也會(huì)是影響切割速度的一個(gè)因素。同時(shí)，在工件表面出現(xiàn)的光束能量分布，對(duì)最終激光切割的狀態(tài)也有一定干擾，這是由于光束的焦點(diǎn)凝聚力，就等同與機(jī)械刀具在切割物體時(shí)的尖利程度。

3.2 輔助氣體

其一是輔助氣體的類(lèi)別，對(duì)于部分金屬材料和非金屬材料而言，可通過(guò)運(yùn)用惰性氣體與壓縮空氣，例如氮?dú)狻?duì)絕大部分金屬進(jìn)行激光切割可以通過(guò)活性氣體，例如氧氣[2]。其二是輔助氣體的壓力。輔助氣體在明確類(lèi)別之后，判定其氣壓大小也是十分關(guān)鍵的內(nèi)容。在高速作業(yè)狀態(tài)下切割輕薄型材料時(shí)，也需要避免切口背面在高氣壓狀態(tài)下出現(xiàn)背面有切口粘塊。若是切割工作速度變換。亞克力材料的厚度增加，就需要及時(shí)減小氣體壓力。

此外，對(duì)亞克力板切割影響的內(nèi)容也指亞克力板自身所帶特性。其中工件的自身特征也涵蓋了材料厚度、物體外表反射度、工件外部狀態(tài)等因素。

4 激光切割亞克力板的切口分析

4.1 切縫寬度

激光在對(duì)金屬材料展開(kāi)切割的同時(shí)，其中光斑的大小直徑同切縫距離都有一定聯(lián)系。在切割較薄的亞克力板時(shí)，可以在合理范圍內(nèi)加大切割動(dòng)作速度，切口若是寬度能與直徑光斑相一致，則在加大板子厚度的同時(shí)，也需要降低切割的工作速度。同時(shí)上方切口的大小寬度也需要在光斑直徑的大小之內(nèi)。此外，寬度在切縫中的數(shù)值大小也需要更加直觀，對(duì)其得出的檢測(cè)結(jié)果也會(huì)有所精確，這也是對(duì)切割工作最終質(zhì)量的衡量要求之一。

4.2 切割面粗糙度

在對(duì)激光切割面影響的因素中，參數(shù)設(shè)置大小、光束模式、以及不同情況下的照射工作密度、工件厚度材料都有一定聯(lián)系。同時(shí)，隨著亞克力板的方向、厚度變化，在切割面中留下的粗糙程度也有不同。通常情況下，上方位置會(huì)比下方細(xì)，下方會(huì)更粗。對(duì)于粗糙程度的預(yù)定一般是距離上方邊緣的1-0.5mm之間計(jì)算平均粗糙度。另外，切口邊緣的熔渣流動(dòng)狀態(tài)、熔渣粘連情況都是判定條件。例如，在使用輔助氣體中的氧氣應(yīng)用于激光切割低碳鋼時(shí)，就可以控制在合理范圍中予以切割的盡快操作，避免在過(guò)程中出現(xiàn)熔渣黏連，若是工作速度太過(guò)緩慢以及速度太快，都會(huì)引起殘?jiān)掣降那闆r。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在運(yùn)用激光切割的作業(yè)過(guò)程中，光束、掃描效率、吹氣量、激光功率、材料厚度和自身特征等許多原因，都會(huì)對(duì)切口的最終質(zhì)量產(chǎn)生干擾。尤其是板材自身厚度、切割素服同輸出功率。為進(jìn)一步保證產(chǎn)品切割技術(shù)性的提升，得到最終工件的更好切割效果，也應(yīng)當(dāng)設(shè)置正確的切割參數(shù)。進(jìn)一步保障產(chǎn)品使用的效率和經(jīng)濟(jì)性，減少激光切割作業(yè)中的工作成本消耗，并能夠在保障產(chǎn)品切割質(zhì)量的同時(shí)減少工作時(shí)間。在激光切割工藝逐步發(fā)展的過(guò)程中，激光切割也慢慢向著產(chǎn)品的工業(yè)化進(jìn)行發(fā)展，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的提高，幫助工業(yè)應(yīng)用朝著精細(xì)化加工更快推進(jìn)，更好完善激光切割工藝非常必要。