激光切割亚克力板加工质量的实验研究

杨应洪

摘要：激光切割技术是当今先进加工技术手段之一，广泛应用于各行各业中。介绍了激光切割的特点、工作原理及板材表面质量影响的因素。以亚克力板为例，结合影响激光切割质量的因素，如切削速度、偏移量及材料厚度等进行了相关实验。通过实验研究，完善了激光切割工艺参数优化的方法，有利于激光切割技术的进一步研究和应用。

关键词：激光切割；板材；表面质量

【Abstract】The Laser Cutting is one of advanced processing technology，which is widely used in all walks of life.It introduced the characteristics，the working principle and the influence of surface quality for the Laser Cutting.Take the acrylic sheet for example，which combined with the factors that affect the quality of aser cutting，such as cutting speed，out of focus and material thickness and so on，made the related experiments.Through the experimental research，it improved the optimization method of Laser Cutting process parameters，and was helpful to further research and application.

【Key words】Laser cutting；Plank；The surface quality

0 引言

激光加工技術是利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行切割、焊接、表面处理及微加工等的一种新技术。激光加工具有以下几个特点：1）非接触式加工；2）对加工材料的热影响区小；3）加工比较灵活；4）可以进行微区加工；5）可以加工高脆性、高硬度及高熔点的多种金属、非金属材料。激光加工技术的发展十分迅速，激光的应用日趋广阔，在工业激光应用中，激光切割广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门，己成为当前工业加工领域应用最多的激光加工方法。

1 激光切割原理

激光切割是将激光束聚焦成很小的光斑，在光束焦点处获得相应的功率密度，产生的能量足够使在焦点处的材料温度急剧上升，一瞬间达到汽化的温度，产生蒸发，形成孔洞。激光切割以此作为起点，并根据被加工材料（工件）的尺寸要求，使激光束与工件按照一定的运行轨迹作相对运动，形成切缝。激光切割示意图，如图1所示。

2 表面质量的影响因素

在激光切割过程中，可以对影响加工质量的相应因数进行有效的控制，使切割效果满足实际需要。总体来说，就是要让切缝入口轮廓清晰、切边平行度好、切边热损伤最小、切割缝隙窄及切割表面光洁度高的质量。而对激光切割影响较大的因素主要有光束特性、材料特性、切割速度及辅助吹气等。

1）光束特性

光束特性主要包括光束模式、焦点位置及光束偏振等等，一般来讲，激光切割的焦点在待加工材料的表面或材料表面下调一点点，尽量使切割的缝隙最小，获得最佳的切割效果，提高加工效率。

2）材料特性

材料特性主要体现在材料的表面反射率、状态及厚度等。一般来说，在其它切割参数一定的情况下，材料的反射率越低，切割的速度就越快。在加工材料不同的厚度时，需要调节切割速度、功率等满足材料的切削要求。

3）激光切削速度

激光切割的基础依赖于光束模式、有效的光束功率密度及待加工材料的物理特性。材料的切割速度与有效的激光功率密度成正比，与切割厚度和材料密度成反比。

3 实验方法及分析

该课题选用激光切割非金属机床，如图2所示，采用激光波长为10.64μm、50W的CO2激光器（风冷模式）。激光束经过3个反射镜和1个聚焦透镜。实验板材选用以亚克力板为主要材料，样件厚度为2mm、3mm、4mm、5mm等，如图3所示。辅助气体采用空气，压力为0.032MPa。

影响激光切割质量的因素有很多，选取不同的参数进行相关切削实验研究。

3.1 焦距的不同对切割质量的影响

实验一：改变焦距偏移量，其它参数如表1所示。样件切割如图4 所示。

3.2 切割速度对切割质量的影响

实验二：切削速度，其它参数如表2所示。样件切割如图5所示。

3.3 材料特性对切割质量的影响

实验三：板材厚度，其它参数如所示表3所示，样件切割如图6所示。

综上实验，基于低功率的非金属切割设备（50W）平台，对于亚克力板的切割，注重切割速度、焦距、板材厚度等因素。总体来说，在偏移量约0.5mm的位置、切速速度为6～15mm/s的切削效果较好；板材厚度每增加1mm，切削速度可对应减少3mm/s。同时，在激光切割功率、切削速度、偏移量等参数一定时，随着板材厚度的增加，切割速度适当降低，否则可能会出现不完全切割的情况，降低切割质量。

4 结论

在激光切割亚克力板过程中，首先要找到最佳的切削参数，如切削速度、偏移量；其次，根据板材特性适当调整功率大小，提高切削效率。针对厚度较高的板材，二次切削会增加切缝坡口的倾斜度，影响加工质量，因此，要尽量避免二次切削。

【参考文献】

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[责任编辑：田吉捷]