CN101462205A - 非晶态合金带材的激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶态合金带材的激光切割方法，通过与抽真空装置相连接的抽吸孔道对处于加工通道上的被非晶态合金带材进行固定，从而保证非晶态合金带材能够在通过抽真空装置形成的气压作用下，紧贴于加工通道，不会发生水平或者垂直方向上的抖动，进一步，使用激光器对位于加工位上的非晶态合金带材进行切割，本方法解决了非晶态合金带材在激光切割的过程中容易发生漂移的难题，保证了加工精度，操作简便，效果可靠，适合推广使用。

Description

非晶态合金带材的激光切割方法

技术领域

本发明涉及激光切割领域，特别涉及一种非晶态合金带材的激光切割方法。

背景技术

现有技术文献报道，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。一旦金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此产生了非晶态合金。因此人们采用快速凝固的工艺来制备非晶态合金。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上，钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就能将1300℃的钢水降到200℃以下，形成非晶带材。

非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例，其厚度只有0.03mm，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性，非晶态合金带材在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷。用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。

非晶态合金具有厚度超薄、材料硬度高、强度大等特点，目前的采用的加工方法为机械滚刀剪切，将非晶态合金的带材剪切成要求的宽度，但在剪切的过程中极易出现“脆断”的工艺性难题。此外，传统的加工手段所面临的技术瓶颈主要有：

1.对滚剪的硬度要求很高，操作一定时间后需要磨刀，从而增加成本，降低效率；

2.对剪切设备的精度要求很高，如产生很大的“偏移”便会“脆断”；

3对带材的宽度有要求，不能加工宽度为5mm以下的规格的带材；

4.机械剪切属于“接触”性加工，当滚到钝化的时候，剪切的带材边缘便会出现“毛刺”，在一些对带材形状要求较高的制造领域，该种带材将不能使用；

5.剪切效率较低，加工成本较高。

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率脉冲激光，形成一定频率的，一定脉宽的光束，该脉冲激光经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量的密度光斑，光斑的直径一般在0.1-0.4mm，焦斑位于待加工通道附近，以瞬间高温熔化或者气化被加工材料。每一个高能量的激光光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机的控制下，激光加工头不动，被加工非晶态带材按预先设定的速度进行移动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时，一股与光束同轴气流按照设定的压力，由切割头喷出，将熔化或气化的材料从切空的底部吹出，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用。与传统的机械切割非晶态带材加工方法相比，激光切割其具有以下优点：

1.非接触，不会对正在切割的带材产生外力，所以不易“脆断”；

2.可以加工成任何宽度尺寸的带材，当激光头在垂直于带材移动的方向上位移时，还可以切割出弧线的带材；

3.由于非接触的特性，切割后的材料切口边缘圆滑，不会产生“毛刺”现象；

4.激光的功率是可调的，所以切割速度也可调，可实现高速运行切割。从而提高切割加工效率，降低成本。

但是，如将现有的激光切割技术用于切割非晶态合金带材时，由于非晶态合金带材的厚度超薄，在切割时如果不固定将极易产生“漂移”现象，从而影响到加工精度，但是如果采用常规机械方式进行固定的话，则会影响加工效率，同时还会对带材本身造成损害。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种非晶态合金带材的激光切割方法，能够消除非晶态合金带材在切割时产生的“漂移”现象，满足切割精度要求，提高加工效率。

本发明的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对位放置：将待加工的非晶态合金带材放置在加工通道上；

2)真空吸附：加工通道上设置有至少一个抽吸孔道，抽吸孔道连接抽真空装置，打开抽真空装置，使非晶态合金带材能够在通过抽真空装置形成的气压作用下，紧贴于加工通道的表面，不会发生水平或者垂直方向上的抖动；

3)激光切割：通过激光器对位于加工通道上的非晶态合金带材进行切割；

进一步，通过外力作用使非晶态合金带材在切割完成前和切割完成后匀速通过加工通道或在切割过程中均保持匀速通过加工通道；

进一步，所述外力作用来源于设置在加工通道上的传输装置和/或设置在加工通道外部的牵引装置；

进一步，经切割后的非晶态合金带材通过卷绕装置卷绕成型；

进一步，在步骤2)中，所述抽吸孔道在加工通道上均匀分布且与设置在加工通道下方的真空腔室相通，所述真空腔室下部设置有止逆密封阀和抽真空管，所述真空腔室通过抽真空管与抽真空装置相连；

进一步，所述激光器、抽真空装置、传输装置、牵引装置和卷绕装置均通过控制系统进行控制；

进一步，所述激光器发出的激光束经反射镜折射、透镜聚焦后，再经过内密封有辅助气体的辅助装置，激光束经由设置在辅助装置上的喷嘴喷出，对非晶态合金带材进行切割；

进一步，所述辅助气体为氧气、氮气或压缩空气的一种；

进一步，所述激光器发出的激光脉冲能量密度为1×10⁵～1×10⁸w/cm²，脉冲宽度为125～250ms。

本发明的有益效果是：

1通过在加工位设置有抽真空装置，能够使经过的超薄非晶态合金带材紧贴在加工通道表面，便于激光的切割；在切割过程中，由于带材牢固固定，不会产生偏移现象，保证了加工精度；

2.通过在加工通道上均匀设置有多个抽吸孔道，可以实现多点固定功能，进一步保证了切割的效果和精度；

3.本加工方法解决了非晶态合金带材在激光切割的过程中容易发生漂移的难题，充分利用了激光切割的优良特性，使非晶态合金带材的切割不再成为难题，操作简便，效果可靠，适合推广使用。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的实施示意图；

图2为可实施本发明的一种集成加工台示意图；

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的非晶态合金带材的激光切割方法，包括以下步骤：

1)对位放置：将待加工的非晶态合金带材放置在加工通道2上；

2)真空吸附：加工通道2上设置有至少一个抽吸孔道8，抽吸孔道8连接抽真空装置4，打开抽真空装置4，使非晶态合金带材能够在通过抽真空装置4形成的气压作用下，紧贴于加工通道2的表面，不会发生水平或者垂直方向上的抖动；

3)激光切割：通过激光器5对位于加工位3上的非晶态合金带材4进行切割。

本发明的方法可以通过如图1所示的流程来实现，将非晶态合金带材1通过加工通道2，加工通道2上设置有激光切割位3和若干均匀分布的抽吸孔道8，抽吸孔道8与设置在加工通道2下方的真空腔室9相通，真空腔室9下部设置有止逆密封阀和抽真空管，真空腔室9通过抽真空管与抽真空装置4相连，非晶态合金带材1经由牵引装置6作用，匀速在加工通道2上移动；当需要对带材进行切割时，与激光切割位3对应设置的激光器5发出激光束，对正处于激光切割位3上的带材部分进行切割；此时，非晶态合金带材1经由抽吸孔道3和抽真空装置4已经实现与加工通道2的表面紧密接触，因而不会发生漂移现象。为便于切割后带材的下一步处理，经切割后的非晶态合金带材通过卷绕装置7卷绕成型。

本方法中，激光器5、抽真空装置4、牵引装置6、卷绕装置7均通过控制系统(控制系统在图中未标出)进行控制，因此可以方便地实现自动控制。根据非晶态合金带材的切割长度，激光器5的发射周期可以通过输入控制系统的参数经计算得出，抽真空装置4可以根据其发射周期，在切割前的极短时间段内加大抽吸功率，使带材的下表面与加工通道2之间的贴合力在切割瞬间增大，加强固定效果，并在切割结束后的极短时间段内回复到原数值，保证带材能够以原来的速率继续移动；当然，一般情况下，带材1的下表面与加工通道2之间的贴合力并不需要很大，只要能使带材1与加工通道2之间在垂直或水平方向上不会发生抖动即可，根据计算，该力甚至可以小于牵引装置6的牵引力，这样在带材的切割过程中，由于激光切割所需的时间极短，带材的移动不会发生停滞，带材可以实现在加工通道2上不间断地连续传输和切割。

如图2所示，本方法还可以通过一种集成的加工台来实现，该工作台包括加工通道2，加工通道2上设置有若干传输轮组10，传输轮组10之间设置有激光切割位3，该激光切割位3上设置有与加工台下方的真空腔室9相连通的抽吸孔道8，真空腔室9通过真空泵4的抽吸来实现真空状态。抽吸孔道8可以设计成若干微孔组成的孔网形式，也可以在抽吸孔道8的孔壁之间设置网格，从而使真空泵4的抽吸均匀。该种方式将激光切割位3和抽吸孔道8结合在一起，降低了加工强度，同时由于设计了多个激光切割位3，从而可以采用可移动式的激光器5来进行切割，满足加工不同长度非晶态合金带材1的需要。

为了保证带材在加工通道2上的移动效果，可以采用牵拉装置6和传输轮组10共同提供动力的方式，牵拉装置6和传输轮组10均通过控制系统进行控制。

在本方法的实施过程中，激光的脉冲能量密度可选在1×10⁵～1×10⁸w/cm²的范围内、脉冲宽度可选在125～250ms的范围内。

另外，激光器5发出的激光束经反射镜51折射、透镜52聚焦后，还经过内密封有辅助气体的辅助装置53，激光束经由设置在辅助装置53上的喷嘴喷出，对非晶态材料进行切割，为进一步提高激光切割速度，可采用一种缩放型喷嘴，即拉伐尔(Laval)喷嘴。

辅助气体为氧气、氮气或压缩空气的一种。

实施例一

将厚度为0.03mm的非晶态合金带材匀速通过加工通道，抽真空装置为真空泵，可获得极限真空为0.01Pa，采用脉冲能量密度为1×10⁵w/cm²、脉冲宽度为125ms的激光束对紧贴与工作面上的非晶态合金带材进行切割，切割得到的合金带材表面光滑、切口均匀无毛刺，各项指标参数符合要求。

实施例二

将厚度为0.05mm的非晶态合金带材匀速通过加工位，抽真空装置为真空泵，可获得极限真空为0.05Pa，采用脉冲能量密度为1×10⁶w/cm²、脉冲宽度为200ms的激光束对紧贴与工作面上的非晶态合金带材进行切割，切割得到的合金带材表面光滑、切口均匀无毛刺，各项指标参数符合要求。

实施例三

将厚度为0.1mm的非晶态合金带材匀速通过加工位，抽真空装置为真空泵，可获得极限真空为0.1Pa，采用脉冲能量密度为1×10⁸w/cm²、脉冲宽度为250ms的激光束对紧贴与工作面上的非晶态合金带材进行切割，切割得到的合金带材表面光滑、切口均匀无毛刺，各项指标参数符合要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对位放置：将待加工的非晶态合金带材(1)放置在加工通道(2)上；

2)真空吸附：加工通道(2)上设置有至少一个抽吸孔道(8)，抽吸孔道(8)连接抽真空装置(4)，打开抽真空装置(4)，使非晶态合金带材能够在通过抽真空装置(4)形成的气压作用下，紧贴于加工通道(2)的表面，不会发生水平或者垂直方向上的抖动；

3)激光切割：通过激光器(5)对位于加工通道(2)上的非晶态合金带材(4)进行切割。

2.根据权利要求1所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：通过外力作用使非晶态合金带材在切割完成前和切割完成后匀速通过加工通道(2)或在切割过程中均保持匀速通过加工通道(2)。

3.根据权利要求2所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述外力作用来源于设置在加工通道(2)上的传输装置和/或设置在加工通道(2)外部的牵引装置。

4.根据权利要求3所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述经切割后的非晶态合金带材(1)通过卷绕装置(7)卷绕成型。

5.根据权利要求4所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：在步骤2)中，所述抽吸孔道(8)在加工通道(2)上均匀分布且与设置在加工通道(2)下方的真空腔室(9)相通，所述真空腔室(9)下部设置有止逆密封阀和抽真空管，所述真空腔室(9)通过抽真空管与抽真空装置(4)相连。

6.根据权利要求5所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述激光器(5)、抽真空装置(4)、传输装置、牵引装置(6)和卷绕装置(7)均通过控制系统进行控制。

7.根据权利要求6所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述激光器(5)发出的激光束经反射镜(51)折射、透镜(52)聚焦后，再经过内密封有辅助气体的辅助装置(53)，激光束经由设置在辅助装置上(53)的喷嘴喷出，对非晶态合金带材(1)进行切割。

8.根据权利要求7所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述辅助气体为氧气、氮气或压缩空气的一种。

9.根据权利要求1所述的非晶态合金带材的激光切割方法，其特征在于：所述激光器(5)发出的激光脉冲能量密度为1×10⁵～1×10⁸w/cm²，脉冲宽度为125～250ms。

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