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第 2 期

 

使用 firestar f400 切割金属

打标聚乙烯瓶

切割烧结氧化铝陶瓷

SYNRAD 的封闭式 CO2 激光器广泛地应用于各种工业生产流程,如切割、焊接、钻孔和打标。 本则新闻将简要地列出 Synrad 的 CO2 激光器和打标头生产线日常所处理的一些材料和产品。

使用 firestar f400 切割金属

如照片所示,通过一种叫做熔融剪切的工艺即可对软钢进行激光切割,沿着切割面可以看到明显的垂直条痕。 该示例使用的是厚度为 0.08"(2 毫米)的软钢,切割功率为 400W,速度为每分钟 125 英寸。 我们可以使用 2.5" 的透镜对光束进行聚焦以获得 0.004"(100 微米)的光点尺寸和 0.07" 的聚焦深度。 我们可以使用喷嘴以 80 PSI 的速度提供与光束同轴的氧辅,从而正确地剪切熔融金属。


此厚度为 0.08"(2 毫米)软钢的切割速度是 125" 每分钟,功率是 400W。

和其它的传统金属切割操作一样,CO2 激光切割需要使用气辅(通常为氧气)以增强切割效率。 在氧辅切割中,氧气有两个用途: 一方面它与钢起发热反应,从而增强切割性能,另一方面氧气气压可使熔融金属从切口处喷出。 为了达到最佳的边缘质量和避免钢的过分熔化,尽量紧凑地控制热处理就显得至关重要了。

放热过程的成功与否很大程度也取决于气辅(氧气)的纯度,因为如果氧气纯度下降,切割速度也会明显地下降。 对于软钢切割,我们建议使用 99.996% 或更高纯度的氧气。 在 80 PSI 时,超声波氧流可以进行速度较快的切割;但此时处理范围会缩小,因而必须根据切割面对喷嘴进行精准定位,从而达到最佳的切割质量。 喷嘴位置或支座很重要,因为超声波流会产生倾斜的冲击波,随着冲击波距喷嘴距离的加大,会交替出现高压区和低压区。 通过实验可以快速地确定支座的高度,以便将喷嘴尖置于气压变化的中间位置,从而建立一个范围更大、更稳定的可操作的处理范围。

打标聚乙烯瓶

聚乙烯是世界上最常见的塑料。 这种通用塑料能以各种聚合形式生产出数千种产品,包括玩具、衣物和容器等等。

塑料家族是 CO2 激光处理的良好材料,因为塑料在 10.6-μm 的波长上具备了高吸收性和低导热性。 而对于聚乙烯,其切割机理就是汽化,即材料吸收 CO2 能量的同时汽化成气体。 因此,其切割边质量相当出色,不会变色。


使用 10W
的功率, 用时 0.62 秒而成的对比标记。

当用于打标时,聚乙烯会产生精细且对比不鲜明的标记,这应归功于一种叫做表面溶解的打标机理。 与普通的塑料标记相比 – 去除材料的雕刻标记 – 表面溶解会使材料表面的密度和体积发生变化,从而使标记略微浮起。 在大部分光线条件下,此浮起区域所产生的对比清晰可见。

照片所示的聚乙烯应用需打出三行、21 个字符的产品和有效期代码。 我们可以在 WinMark Pro 的 Drawing Editor 中使用 WinMark 内置的欧洲笔划字体来创建文本,其中文本高度为 0.19 英寸(4.8 毫米),附加字符间隔为 0.008"(0.2 毫米)。

打标装置包括 Synrad 封闭式 CO2 激光器和配有 125 毫米聚焦透镜的 FH 系列打标头。 此透镜可提供 180 微米 (0.007") 的光点尺寸和 3 毫米 (0.118") 的聚焦深度。 使用 10W 的功率和每秒 15 英寸的速率,我们就可以在 0.62 秒的时间内创建此 21 个字符的对比标记

切割烧结氧化铝陶瓷

氧化铝是一种由金属元素(铝金属)和非金属元素(氧)组成的化合物,是最常见的结构陶瓷 – 应用十分广泛(从航天业到制造业)。 氧化铝具有良好的硬度,可用作磨料或轴承;它具有良好的抗腐蚀性,是耐火容器或植入人体的绝佳衬里;它具有良好的材料特性,是绝佳的热绝缘体和电绝缘体。

其物理属性使得高硬度的陶瓷具有独有的品质,但同时也增加了将陶瓷制成其它形状的难度。 特别是氧化铝的脆度和低热膨胀性,对传统的切割方法而言,是极大的挑战。 这两项挑战突出了 CO2 激光器在机械切割方面的明显优势 – 激光器的局部加热作用会阻止陶瓷的热应力,而无触点处理可以阻止氧化铝的压裂。 无触点激光处理也会减少更换刀片或剪机的停机检修时间。

根据不同的材料厚度和最终的处理,氧化铝可以通过贯穿切割法直接切割,也可以通过打孔(打一排盲孔)并沿着划线劈开的方式间接切割。

如果使用打孔法,则激光器应设为预定的功率电平和外浇口,以便所选的功率电平、脉冲频率和脉冲宽度可以打出一串孔,孔的厚度为材料厚度的 30% 到 50%,孔间距为孔直径的 1 到 2 倍。


贯穿切割的氧化铝陶瓷


裂开后打孔的截面

如果使用贯穿切割法,可在特定的脉冲宽度调制 (PWM) 占空比中以常规的方法操作激光器,从而获得理想的输出功率。 例如,此厚度为 0.025 英寸的烧结氧化铝截面是使用 200 W 的功率进行切割的,切割速度为每分钟 15 英寸。 要使切割整洁,没有渣滓或毛刺,我们应为光束传输配置 2.5" 的聚焦透镜(100 微米的光点尺寸和 0.8 毫米的聚焦深度)及 60 PSI 的气辅。


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