激光切削_技术资料【科众陶瓷】

激光切割是一种应用最广泛的激光加工技术。其工业应用始于20世纪70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌刀片，制造冲剪纸箱板的模具。随着激光器件和加工技术的进步，其应用领域逐步扩大到低碳钢、不锈钢等金属和木材、增强塑料、陶瓷、石英、石材等非金属板材的切割，应用规模也不断扩大。

测试区陶瓷块

1. 激光切割机理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束辐照工件，在一定的激光功率密度下，激光束的能量大部分被材料吸收，由此引起工件局部温度的急剧上升，达到熔点后材料开始汽化，并形成孔洞，随着激光束与工件的相对运动，最终使得材料形成切口，切口处的熔渣被一定的辅助气流吹走。根据被切材料和切割参数的不同，激光切割主要有以下三种方式：汽化切割、熔化切割、反应熔化切割。

(1)汽化切割
在汽化切割过程中，切口部分材料以蒸汽或残渣的形式排出，这是切割不熔化材料，如木材、碳和某些塑料的基本形式。

(2)熔化切割
这是金属板材切割的基本形式。当被切材料受到较低功率密度的激光作用时，主要是发生熔化而不是汽化。

(3)反应熔化切割
如果不采用惰性气体，而采用氧气或其他反应气体吹气，和被切材料产生放热反应，则在除激光辐照之外，还提供了另一个切割所需的能量。

随着激光束的定向移动，具有高功率密度的激光束能够很快地将局部加热，从而迅速地切断陶瓷材料，并可以切割出任意曲线轮廓的复杂零件。

2 . 激光切割工艺参数

光束特性主要包括功率、模式、偏振性和稳定性；装置和加工参数主要包括传输光路的设计、进给速度、辅助气体系统的设计、辅助气体的种类和压力及与材料相关的特性，包括热物理性能参数、厚度、密度等和基本光学性质。其中激光功率、模式、偏振性、焦点位置、切割速度、辅助气体和材料本身的性质是主要的影响因素，下面就这些参数进行分析。

(1)功率：工业用切割激光器输出功率从几百瓦到上千瓦不等。

(2)模式：激光束剖面能量分布称为模式，用TEM mn。表示。研究指出，激光的模式决定了光束能量在三维空间的分布。光束剖面的形状决定了最终的加工性能，大多数激光的模式是基模或近基模，呈高斯分布或近高斯分布，具有聚焦区域小、功率密度高等特点。
(3)偏振性：与任何形式的电磁波传输一样，激光束具有电和磁的分矢量，它们相互垂直并与光束前进方向成直角。

(4)焦点位置：焦距影响焦斑直径和焦深。短焦距加工时，焦斑直径小，功率密度高，切割速度高，表面粗糙度低，切口窄，但是焦深较短，使得切口不直，上下切口的表面粗糙度相差较大，因此，仅适合薄材料切割。

(5)切割速度：激光切割的生产率和切割速度密切相关。切割速度决定了激光切割所需的时间以及材料可以吸收的能量。

(6)辅助气体：气流辅助激光切割陶瓷，激光束与气流共轴，气流的作用有三个：清除切口处产生的烟雾和燃烧时的碎屑，防止污染光学系统；吹走切口碎屑和燃烧废气，使得激光能量直接作用于工件上，加强了激光切割作用；如用氧气代替空气，通过化学反应可在工件切口起到助燃作用。

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本文“激光切削”由科众陶瓷编辑整理，修订时间：2017-03-20 14:00:40
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