喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY （Fast Laser Cutting of Thin Metal New Roman） （快速激光切割薄金屬黑體） 資料來源：International Conferenceon Sheet Metal 設(shè)計題目： 電池極片載切機(jī)設(shè)計 學(xué)生姓名： 李巖 學(xué)院名稱： 國際教育學(xué)院 專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級名稱： 機(jī)制1646 學(xué) 號： 1622421601 指導(dǎo)教師： 楊威 教師職稱： 講師 完成時間： 2010年3月16日 2020 年 3 月16 日 2019年第18屆國際鈑金大會 快速激光切割薄金屬 a 德國德累斯頓，溫特貝格斯特街28號，01277號，弗勞恩霍夫國際新聞社，累斯頓大學(xué)，德國德累斯頓01062號 摘 要 由于出現(xiàn)了大功率單模光纖激光器，單模激光切割速度可達(dá)100 m/min以上，可以很容易地實現(xiàn)直線切割。介紹了用2kw單模光纖和4kw激光對薄板進(jìn)行激光熔切的實驗結(jié)果。電板、鋁板和高強(qiáng)度鋼板的幾個厚度已被切割，最大速度為150米/分鐘。從切削刃形貌、毛刺形成、切縫寬度等方面對切削質(zhì)量進(jìn)行了分析。在二維輪廓切割的情況下，由于切割機(jī)的平穩(wěn)減速和加速，無法達(dá)到較高的切割速度。兩個替代的概念將有助于實現(xiàn)高切削速度輪廓切割:第一個概念轉(zhuǎn)變機(jī)器運(yùn)動金銀絲細(xì)工結(jié)構(gòu)高動態(tài)線性軸重量輕而第二種概念克制使用切割氣體,因此允許使用檢流計驅(qū)動的快速反映了激光束移動。 關(guān)鍵詞 激光熔切，高動態(tài)成形刀具，薄板，遠(yuǎn)程激光切割 1.介紹 利用一氧化碳激光和固態(tài)激光器可以實現(xiàn)薄金屬片的快速熔合切割。2 功率為1300w的一氧化碳激光被用來切割各種厚度為0.2 mm的金屬，從易拉罐鋼到鋁[1]。2 在切割鋁和鋅的情況下，線性切割的最高速度可達(dá)250米/分鐘并且有著良好的切削刃質(zhì)量。電鋼的快速線切割是通過2500 W的一氧化碳激光功率，最大速度為150 m/min，對0.23 mm厚的材料[2]進(jìn)行的。2 單模光纖激光器，功率為3000w 用于在400毫米/分鐘[3]速度下切割0.3毫米厚度的電紙。據(jù)報道毛刺高度超過5μm切削速度可以減少超過200米/分鐘,同心排列的激光氣體噴嘴。本文將介紹用功率為2kw的單模光纖激光器和功率為4kw的多模光纖激光器以最大切割速度限制在150米/分鐘的速度對電板、鋁板和高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行線性激光切割得到的結(jié)果。 然而，如果切割一個真實的二維輪廓，平均切割速度被限制在25米/分鐘，不管可用的激光功率和薄板厚度[4]。這是由于一個典型的二維平面切割機(jī)[5]的有限軸的動力學(xué)。然而,兩個不同的概念提出了克服這些局限性:第一個概念機(jī)器運(yùn)動槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向高動態(tài)線性軸重量輕(高動態(tài)表單刀),而第二個概念(遠(yuǎn)程激光切割)克制使用切割氣體,因此允許使用檢流計驅(qū)動的快速反映將激光束[6]。這兩個概念的基本原理將被解釋，并提供幾個例子，以證明這些替代激光切割概念的機(jī)會和局限性。 2.快速線性激光切割 2.1 實驗裝置 切割材料的種類列于表1。用激光切割電工鋼和鋁的主要原因是為了獲得一種替代切割技術(shù)，這種技術(shù)將能夠取代機(jī)械剪切切割，而機(jī)械剪切切割會導(dǎo)致各種問題，如刀具磨損和帶材料的表面損傷。這兩種材料都是典型的帶狀材料，必須修剪和切割成條狀，以便以非?？斓乃俣冗M(jìn)行進(jìn)一步加工。由于高硬度，高強(qiáng)度鋼只能通過激光等非接觸工具切割。 表1 .各種鈑金切割與光纖激光. 材料類型 厚度[μm ] 厚度[μm ] 厚度[μm ] 電工鋼 200 270 300 鋁 300 500 - 高強(qiáng)度鋼 800 - - 表2顯示了兩種使用過的激光器的光學(xué)設(shè)置，包括產(chǎn)生的焦直徑和瑞利長度，瑞利長度是用來測量聚焦深度的。這些值只是計算出來的。例如，1:25 .25的比值表示準(zhǔn)直光學(xué)的焦距與聚焦光學(xué)的焦距之比。目標(biāo)是識別激光的類型和光學(xué)設(shè)置，在速度、質(zhì)量和過程穩(wěn)定性方面提供最好的結(jié)果。 表2.用于快速的光學(xué)設(shè)置 2 kw SM 光纖切割M2=1.1 4 kw MM 光纖切割M2=4.5 光學(xué)設(shè)置 1:1.25 1：2 1：1.25 焦點(diǎn)直徑 25μm 38μm 64μm 瑞利長度 435μm 970μm 660μm 切割試驗在最大速度為150 m/min，氮?dú)?10 bar壓力)為切割氣體，1.8 mm氣體噴嘴直徑的平板切割機(jī)上進(jìn)行。 2.2.結(jié)果與討論 圖1為切割電工鋼的各種光學(xué)結(jié)構(gòu)的切割速度與激光功率的關(guān)系。圖2顯示了鋁的類似圖形。當(dāng)切割速度保持在預(yù)先設(shè)定的水平，即30、60、90、120和150 m/min時，確定所需的最小激光功率。很明顯，切割較厚的材料需要更強(qiáng)的激光功率?？梢钥闯觯S著焦距的增大，需要更多的激光功率，因為在增大的切縫寬度內(nèi)熔化材料需要更多的激光功率。值得注意的是，這種效果更明顯的鋁切割，這可能是由于較高的導(dǎo)熱系數(shù)。然而，對于電工鋼和鋁以及每種光學(xué)結(jié)構(gòu)中的兩種光纖激光器，2kw的激光功率足以達(dá)到150m /min的切割速度。在切割高強(qiáng)度鋼的情況下，只使用4kw多模光纖激光進(jìn)行切割。由于板材不平整，切割速度被限制在60m /min，同時使用2.5 kW的激光功率。 切割質(zhì)量如圖3所示，它展示了最關(guān)鍵的應(yīng)用:每種材料切割的最厚片，最高速度為150 m/min，最小焦距。雖然切割邊緣的外觀看起來很不一樣，但即使是最關(guān)鍵的情況也可以避免，如圖3所示。因此，光纖激光激光熔切已被普遍證明是一種能夠替代機(jī)械剪切切割的替代切割技術(shù)。 電工鋼 激光功率（千瓦） 切割速度[m/min] 圖1。切割速度與激光功率對各種厚度的電工鋼。 鋁 激光功率（千瓦） 切割速度[m/min] 圖2。切割速度與激光功率對各種厚度的鋁。 圖3。左:電工鋼300μm 1.2 kW SM,中間:高強(qiáng)度鋼800μm 2.5 kW MM,右:Al 500μm 1.0 kW SM 3.二維輪廓切割 3.1高動態(tài)成型銑刀 高動態(tài)的概念形式刀是減少移動質(zhì)量顯著小于2公斤一個集成的快速線性軸向切削頭(圖4)。工作包絡(luò)面是60毫米接著60毫米在x和y方向上分別與3 倍的重力加速度的最大加速度和20毫米沖程在z方向[6]。因此，平均切割速度比傳統(tǒng)的基于笛卡爾坐標(biāo)的機(jī)器快三倍。增加取決于所謂的敏捷性(圖5)，敏捷性是指一定輪廓的精細(xì)程度。敏捷度定義為輪廓的所有角度之和除以所有長度之和，等于單位[°/mm][5]的敏捷系數(shù)。對于典型的金屬沖壓和彎曲件，可以假定10到30°/mm之間的靈活性。隨后，高動態(tài)成型銑刀的使用使得平均切割速度比傳統(tǒng)軸的平均速度至少高出5 m/min(圖5)。 切削質(zhì)量與低速切削在切削刃形貌和浮渣形成方面相似。唯一的缺點(diǎn)是工作范圍的限制，這不是關(guān)鍵的沖壓和彎曲零件。 敏捷性 傳統(tǒng)的軸系統(tǒng) 高動態(tài)軸系 平均處理速度 圖5:平均處理速度隨輪廓細(xì)度的變化 圖4.高動態(tài)成型銑刀原理圖 3.2遠(yuǎn)程激光切割 遠(yuǎn)程激光切割是使用具有單模光束質(zhì)量的光纖激光，通過在焦點(diǎn)處提供所需的功率密度，允許切割或燒蝕而不需要切割氣體。這一過程的特征是切縫材料的循環(huán)燒蝕，如圖6所示。該工藝在工藝區(qū)域使用熔融和蒸發(fā)材料的混合物。單個燒蝕深度取決于材料、激光功率、激光強(qiáng)度、進(jìn)給速度和現(xiàn)有的溝槽[7]。 傳統(tǒng)的激光切割頭和用于激光與工件之間的相對運(yùn)動的笛卡爾坐標(biāo)不再需要。實際上，快速檢流計軸正在接管激光束的運(yùn)動，從而使工件上的路徑速度達(dá)到1000米/分鐘(圖7)。根據(jù)材料的厚度，需要幾個激光通道。因此，工業(yè)上使用的許多金屬材料的材料厚度在0.05到0.5毫米之間，可以用單模光纖激光進(jìn)行遠(yuǎn)程切割，最終速度在50到1000米/分鐘之間。圖8顯示了不同激光功率和相同聚焦尺寸下，單通道速度為1000 m/min時的切割速度與不銹鋼(1.4301)[8]材料厚度的關(guān)系。 另一方面，與傳統(tǒng)的熔合切割相比，也存在一些缺點(diǎn)。毛刺可能發(fā)生在薄板的頂部而不是底部。其次，單一激光路徑的極高速度導(dǎo)致輪廓偏差，可以通過智能切割策略和預(yù)測路徑規(guī)劃來減少輪廓偏差。此外，工作場地被限制在100毫米×100毫米，這仍然是足夠的大多數(shù)典型的金屬沖壓和彎曲零件[9]。 熱影響區(qū) 毛刺 激光光束 蒸汽腔 熔融物質(zhì) 熔融物質(zhì)和蒸汽 圖6:遠(yuǎn)程激光切割的循環(huán)燒蝕。 圖7:用檢流鏡操縱光束的示意圖。 材料厚度 切削速度 圖8:激光功率和厚度對鋼的有效切割速度的影響(1.4301)。 圖9.纏繞成型層壓，激光切割 4.總結(jié)與展望 目前，高功率光纖激光器的切割速度可達(dá)150米/分鐘以上。線切割最有趣的應(yīng)用是對帶狀材料的切割和修整。下一步將是通過更強(qiáng)大的激光達(dá)到高達(dá)500米/分鐘的進(jìn)給速度，并同時將其注入工業(yè)環(huán)境中。保持幾百公里的切割長度的穩(wěn)定切割質(zhì)量似乎是最具挑戰(zhàn)性的因素。 高動態(tài)成形銑刀和遠(yuǎn)程激光切割的概念首次在金屬帶[4]的內(nèi)嵌式卷筒對卷筒激光切割機(jī)中實現(xiàn)。然而，快速二維激光切割的全部潛力還沒有被開發(fā)出來。有幾個原因可以解釋為什么激光切割可以成為高體積零件的選擇方法:一方面，普遍的趨勢是采用具有更高材料強(qiáng)度的鋼級，排除了沖孔作為制造方法。另一方面，沖壓技術(shù)與一定的設(shè)計限制相聯(lián)系，這意味著復(fù)雜的輪廓很難實現(xiàn)。由于環(huán)境問題和技術(shù)限制，即使是蝕刻這樣的替代制造技術(shù)也是毫無疑問的。如圖9所示的纏繞成型機(jī)層壓板代表了這樣一個典型的輪廓，只能通過激光切割過程來實現(xiàn)。將來還會有更多類似的薄金屬片輪廓被光纖激光切割。 確認(rèn) 研究工作的第一部分由Rofin-Sinar GmbH和Heinrich Georg GmbH Maschinenfabrik提供資金，而第二部分由德國政府在ZIM中小企業(yè)項目中提供部分資金。 參考文獻(xiàn) [1]何志杰，何志杰，高速激光切割薄金屬，機(jī)械工程學(xué)報(1994)2207.10.1117/12.184714。 [2]謝明德、杜培林、波普拉維，激光高速切削-激光高速切削:薄金屬薄板的優(yōu)化工藝，國際切削技術(shù)會議，論文集(2002)79-85。 [3]李俊、智勇，冷軋生產(chǎn)線上硅鋼的光-氣偏心高速激光切割，新材料研究，第881-883卷(2014)1469-1474。 [4]魏齊格，J.豪普曼，P.赫維格，E.拜爾，W.邦德舒赫，S.沃爾克，M.亨伯格，帶材料的在線高速激光切割，材料科學(xué)論壇，854 (2016)，247 -242 [5]劉德華，“激光切割新維度的敏捷性與復(fù)雜性描述”，第六屆國際激光制造技術(shù)研討會。會議記錄:2011年5月23-26日，慕尼黑;LiM 2011,阿姆斯特丹: 愛思唯爾, 2011(物理進(jìn)展12.2011，頁1)ISSN: 1875-3892, 543-547 [6]韋茨格，推動固態(tài)激光的速度限制，制造者45 (2015)1,56 -58 [7]m . 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