激光切开机操作实验指导书doc

  机械设计制作及其自动化 专业实验 实验指导书 激光切开机操作实验 重庆轿车学院实践教育及技能培训中心 2022 年 2 月 激光切开机操作实验 一、实验意图与要求 了解CO2 激光加工设备的组成及其作业原理； 陌生CO2 激光与资料的交互效果； 了解CO2 激光切开数控技能相关硬件； 掌握CO2 激光切开加工技能的底子操作； 掌握用New CAM 切开软件编制切开程序。 二、实验仪器与设备 TLV510 CO2激光切开机； 空气压缩机组及后处设备； 3.20KW 水冷机组；类型：AT—180AL 4.New CAM 切开软件； 5.328.05mm×100mm×4mm 的 Q235 钢板 1 块； 6.40L 纯度 99.9%氮气 1 瓶、40L 纯度 99.99%氮气 1 瓶、40L 纯度 99.9%氧气 1 瓶。 三、实验原理 1、激光的产气愤理及其特色 ①激光发生的机理 激光视经过原子受激辐射发光和共振扩展构成的。原子具有一些不联络散布的能级，电 子在最靠近原子核的轨迹上滚动不时安稳的，这时原子所在的能级为基态。当有外界能量传 入，则电子运转轨迹半径扩展，原子内能添加，被激起到更高能级，这时称之为激起态或高能态。被激起高能级的原子时不安稳的，总是力求回究竟能级去。原子从高能级到的进程称 之为跃迁。当原子跃迁时，其能量差则以光的方法辐射出来，这便是原子发光，是自发辐射的光，又称荧光。假定在原子跃迁不时遭到外来光子的诱发，原子就会放射一个与入射光子 的频率、相位、传达方向、偏振方向彻底相同的光子，这便是受激辐射的光。 原子被激起到高能级，会很快跃迁回低能级，它停在高能级的时刻称为原子在该能级的 均匀寿命。氦、氖、氪原子，钕离子和二氧化碳分子等在外来能量的激起下，使处于高能级的原子数大于低能级的原子数，这种状况称为粒子数回转。这时，在外来光子的影响下，产 生受激辐射发光，这些光子经过谐振腔的效果发生扩展，受激辐射越来越强，光密度不断增 大，构成了激光。 ②激光的特性 高亮度，激光器的发光截面和立体涣散角都很小，而输出功率却很大，其亮度远高于 太阳的亮度，经透射镜聚集后，能在焦点四周发生几千度乃至上万度的高温，因而能加工几 乎悉数的资料；高方向性，激光的高方向性首要是由受激放射机理和光学谐振腔对震动光束 方向的约束所计划的。激光的高方向性使得激光能有用地传递较长间隔，能聚集到极高的功 率密度，这两点是激光加工的重要条件；高单色性，激光宣布的悉数光辐射只会集在很小的 频率范围内，其单色性极高，简直彻底消退了聚集透镜的色散效应，使得光束能精确地聚集 到焦点上，得到很高的功率密度，相应的功率密度可达0.10 至103 MW / cm2 ，比一般的切开热源高几个数量级；高相干性，因相干性好，在较长时刻内有安稳的相位差，能构成安稳的干涉条纹。 2、激光在工业中的使用 40 多年来，激光加工技能与使用发展迅猛，已与多个学科相结合构成多个使用技能领域，首要加工技能包括：激光切开、激光焊接、激光打标、激光打孔、激光热处理、激光快速成型、激光涂覆等。 3、激光切开的机理、使用及其特色 激光切开是使用聚集的高功率密度激光束辐照工件，在超越资料阂值的激光功率密度 下，激光束的能量以及活性气体关怀切开进程所附加的化学反应热能悉数被资料汲取，由此引起激光效果点的温度急剧上升，抵达沸点后资料最初气化，并构成孔洞，跟着激光束与工件的相对运动，终究使得资料构成切断，切断处的熔渣被必定的关怀气流吹走。 跟着被切资料和切开参数的不同，激光切开首要有以下三种方法：气化切害、熔化切开、反应熔化切开。 ①气化切开 在气化切开进程中，切断部分资料以蒸气或渣的方法排出，这是切开不熔化资料(如木材、碳和某些塑料)的底子方法。接受脉冲激光，其峰值功率密度高达 108w/cm2 以上时，各种金属和非金属资料(陶瓷、石英)也首要是以气化的方法被切除，因为在这样高的激光功率密度下，被辐照资料的温度快速上升到沸点而无明显的熔化。 ②熔化切开 这是金属板材切开的底子方法。当被切资料遭到较低功率密度的激光效果时，首要是发生熔化而不是气化。在气流的效果下，切断资料以熔融物的方法由切断底部排出，激光能量的耗费要比气化切开低。 ③反应熔化切开 假定不接受惰性气体，而接受氧气或其它反应气体吹气，和被切资料发生放热反应，则在除激光辐照之外，还供应了另一个切开所需的能量。在氧气关怀切开钢板时，大约有切开所需能量的 60%是来自铁的氧化反应。而在氧气关怀切开钦合金板时，放热反应可供应90% 的能量。 图 1 激光切开机理 激光切开区示意图如图 1 所示。激光切开进程发生在切断的终端处一个挨近笔直的表面，称为切开前沿。激光和气流在该处进入切断，激光能量一部分为切开前沿所汲取，一部分穿过切断或经切开前沿向切断空间反射，单位体积内的包括的能量高时有时会发生等离子体。切开前沿由汲取的激光和切开进程中的放热反应所加热而熔化或气化，并被气流吹除。部分热量则经过热传导传入基体资料，经过辐射损耗，以及经过气流对流换热带走。 在某些激光切开进程中，上述传导、辐射及对流热损耗均可无视不计，激光能量简直悉数被工件汲取，进程的能量平衡变得分外简练:激光能量与放热反应的能量悉数用来加热、熔化以致气化切断资料。 激光切开机理是一个很简单的进程，它涉及到激光的汲取、放热反应、资料的加热和熔 化、切断资料的去除、动态效果和表面粗糙度等要素。而激光的汲取是激光切开中分外重要 的要素，它是有用发展激光切开的基础。激光进入切断，三方为资料所围住，其间一方为歪斜的切开前沿，两边为切断壁面，相对的两切断壁面有波导效果，入射其上的激光朝深部反 射。激光的汲取首要在切开前沿发展。激光束以很大的入射角辐照在歪斜的烧蚀前沿上，部 分激光被汲取，部分朝切断空间反射，汲取率与入射角、偏振方向有关。激光的汲取取决于切开前沿外形，取决于激光的偏振性、形式、集聚角等一系列要素。 4、影响激光切开的参数 影响切开进程的参数首要表达在(l)激光束的特性；(2)设备和加工参数；(3)资料自身 的性质。归纳多位学者的争论效果，共同以为激光功率、形式、偏振性、焦点方位、切开速度、关怀气体和资料自身的性质是首要的影响要素。 5、激光切开质量的点评 国内现在尚无激光切开质量的有关规范，因而根据国外争论，切开质量首要考虑切缝宽度和切开表面均匀粗糙度，用切开速度来衡量切开功率。 6、TLV510 CO2 激光切开机介绍 TLV510 CO 激光切开机如图 2 所示：

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