激光技术详解3
激光的特点
(一)定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播,需要给光源装上一定的聚光装置,如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜,使光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散度小,大约只有0.001弧度,接行。1962年,人类次使用激光照射月球,地球离月球的距离约38万公里,但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照灯光柱射向月球,按照其光斑直径将覆盖整个月球。
(二)亮度高
在激光发明前,人工光源中高压脉冲氙灯的亮度高,与太阳的亮度不相上下,而红宝石激光器的激光亮度,能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度高,所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(光照度的单位),颜色鲜红,激光光斑明显可见。若用功率强的探照灯照射月球,产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯,人眼根本无法察觉。激光亮度高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个小的空间范围出,能量密度自然高。 激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的,而且它是人类创造的。
激光的颜色
激光的颜色取决于激光的波长,而波长取决于发出激光的活性物质,即被后能产生激光的那种材料。红宝石就能产生深玫瑰色的激光束,它应用于领域,比如用于的和手术。公认贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束,它有诸多用途,如激光印刷术,在显微手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光,因此我们的眼睛看不见,但它的能量恰好能"解读"激光唱片,并能用于光纤通讯。
激光分离技术
激光分离技术主要指激光切割技术和激光打孔技术。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间,可获得105~1015W/cm2高的辐照功率密度,利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下,几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一,已成为一项拥有特定应用的加工技术,主要运用在航空、航天与微电子行业中。
(三)颜色纯
光的颜色由光的波长(或频率)决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间,对应的颜色从红色到紫色共7种颜色,所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源,它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源,只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光,单色性很好,被誉为单色性之冠,波长分布的范围仍有0.00001纳米,因此氖灯发出的红光,若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见,光的波长分布区间越窄,单色性越好。激光器输出的光,波长分布范围非常窄,因此颜色纯。以输出红光的氦氖激光器为例,其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米,是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见,激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
(四)能量密度大
光子的能量是用E=hv来计算的,其中h为普朗克常量,v为频率。由此可知,频率越高,能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.电磁波谱可大致分为: (1)无线电波——波长从几千米到0.3米左右,一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波;(2)微波——波长从0.3米到10^-3米,这些波多用在或其它通讯系统;(3)红外线——波长从10^-3米到7.8×10^-7米;(4)可见光——这是人们所能感光的狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波少的那一部分;(5)紫外线——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应强;(6)伦琴射线—— 这部分电磁波谱,波长从2×10^-9米到6×10^-12米。伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的;(7)伽马射线——是波长从10^-10~10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的,物质或原子核反应中常有这种伴随着发出。γ射线的穿透力很强,对生物的破坏力很大。由此看来,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因为它的作用范围很小,一般只有一个点),短时间里聚集起大量的能量,用做也就可以理解了。
刀模的制造过程
激光刀模出现之前,在以往的在刀模制作中,刀模板是用锯床加工的,一不下心,在平行移动中就会造成移位或者错位从而形成了误差;而激光刀模机的研制成功,就完全避免了这种情况的发生,因为在制作激光刀模的时候是全自动运行的,不需要人工干预,就没用了误差。
传统刀模制作是在刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制,后通过锯床锯的,在移动的过程中就会形成错位而产生误差;加工速度慢;而使用了激光切割机后,绘图设计就可以直接在计算机上进行,刀模板是由激光切割机全自动运行切割成型,不需要人工干预。误差小,速度快。对于激光刀模切割机的应用可以明显加速企业的发展,提高经济效益。
激光刀模的工作流程是: 先在AUTOCAD或impact或其它一些针对刀模开发的软件将需要制作的刀模设计好,根据实际情况处理好,再存储为相应机器受理的文件格式,即可启动设备进行模板加工。 完成后安装模切刀线制作成刀模成品。比人工精度高很多,而且速度快,效率高!
类激光切割技术浅析
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。
激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。
激化切割
利用高能量密度的激光束加热工件,使温度迅速上升,在非常短的时间内达到材料的沸点,材料开始汽化,形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大,在蒸气喷出的同时,在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。
激光汽化切割多用于薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。
激光熔化切割
激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化,所需能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。
激光氧气切割
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热,所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。
随着科技的发展,很多人都认识了解到了不锈钢加工,近年来不锈钢加工设备也有了较快的发展,在不锈钢加工中使用的激光是一把光刀,可以灵活多形的切割,切品小,切割面光滑/平整,已应用于工业生产中,下面主要讲一下与刀模相比有那些优越性。
不锈钢加工在工业制造系统占有份量很重的金属加工业,许多金属材料,不管它是什么样的硬度,都可以进行无变形切割。当然,对高反射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是好的传热导体,因此不锈钢加工很困难,甚至不能切割。
不锈钢激光加工刺、皱折、精度高,优于等离子切割。对许多机电制造行业来说,由于微机程序控制的现代不锈钢加工系统能方便切割不同形状与尺寸的工件,它往往比冲切、模压工艺更被优先选用;尽管它加工速度还慢于模冲,但它没有模具消耗,无须修理模具,还节约更换模具时间,从而节省了加工费用,降低了生产成本,所以从总体上考虑是更合算的。
另一方面,从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看,不锈钢加工也可发挥其、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段,由于不需要模具制作工,不锈钢加工运转费用也并不昂贵,因此还能明显的降低模具制造费用。不锈钢加工模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层(热影响区),提高模具运行中的耐磨性。不锈钢加工的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势,由于提高了锯片使用寿命。
不锈钢加工机大的特点就是免模,不需要开模就可以直接成形,正在逐步取代传统的刀模,不锈钢加工机更灵活多变,展现形式更好,将会有更大的发展空间
激光刀模发生崩刃和碎裂可采取的措施有哪些?
激光刀模是目前使用较为广泛的一种,虽然具有较多的优势,但是在使用中还是会出现一些问题,比如说发生崩刃和碎裂等问题。
对此,我们需要采取有效的措施进行解决。
1、改进工艺系统的刚性,包括提高机构的稳定性或改善机床的维护水平,在某种程度上,切削刃熔焊是一个可以圆满解决的问题,方法是提高切削速度,这样还可以提高生产率。
2、为了防止切屑加热到足以发生熔焊的温度,可尝试使用冷却液。其它可能采用的方法还包括采用较大的径向或轴向正前角,以减小切削力。此外还可以选用涂层刀片牌号。涂层可以减小激光刀模与工件之间的摩擦和相互发生反应的可能性。
3、切削刃熔焊是因工件材料被熔焊到上而产生的。加工时切屑温度升高到足以使其软化发粘,然后又快速冷却,就会黏附在刀片上。解决方法是防止切屑变得过热,或者增加切屑温度使其在离开之前不会马上冷却。
机器是需要保养的,刀模使用的技术也是保养激光刀模的一个有效措施,安全的操作很重要,这些机械在使用的时候是一种非常精密的设备,操作人员也是必须要掌握基本的操作技能,在进行操作的时候对激光刀模进行一系列的检查工作,激光刀模的日常保养和维护也非常的重要。
在每次使用之后要进行一些保养的工作,这也可以防止激光刀模的老化,每个周都要进行一次激光刀模的检测和维修,每个月或者一季度进行一次全面的检测等等,这都是保护激光刀模的一个非常有效的措施。
掌握几点刀模保养的要点:
先,激光切割胶板后需要用水浸泡及清洗胶板的粉尘(大部分的胶板都是经过清洗后用风冲干就装刀的,装刀后就送货),其实在装刀前胶板需要在刀锋上涂上机油,使每条刀缝都有机油的渗透,为了方便安装刀模省了这事(因为未涂机油的刀模慢慢就从底部开始生锈),但是有些刀模厂还是有把装的模具表面涂上一层机油,起了保护作用。
第二:刀模在搬运过程需要刀锋面上铺垫上一层EVA或垫刀泡棉,中间用美纹胶粘紧或用皮筋把它扎好,并且在用之前好用密封袋或泡沫盒装好,在密封袋上写上型号,尺寸,刀模生产日期,冲切次数,客户名称以及编号,方便以后存库及发放!
第三:刀模在生产完一个订单后(用完后垫刀的泡棉要去除)必须先清洗刀模,因为现在模切的材料大部分都是带胶的,而且是酸性的,对刀刃有腐蚀性,必须喷上防锈油,不然肯定会生锈;
第四:长时间不用的刀模要定期去维护,每次清理后需喷上模具防锈油并统一入模具库;
第五:雕刻刀模要看当地环境来喷油,一般一周一次,喷油后用油纸包裹并平放;
第六:蚀刻刀建议放入塑封袋中,袋中加入小袋干燥剂;
第七:圆刀刀模,拆下需喷上防锈油,中间需用油纸和泡棉包好,两边用夹头固定,用一个胶盒或木箱装好;
第八:存放刀模的地方需要货架统一摆放,不可堆放太高太挤,并有明示标牌,环境通风,不能受潮,好是恒温恒湿。