CN107738033A - 激光切割设备及其切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光切割设备及其切割方法。所述激光切割设备包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。所述激光切割设备的切割效率较高且切割质量较好。

Description

激光切割设备及其切割方法
技术领域
本发明涉及一种激光切割设备及其切割方法。
背景技术
薄型铝合金常采用线切割、等离子弧切割、激光切割等方法进行切割。采用线切割的方法时常采用冷却液以进行辅助冷却。然而，冷却液容易弄脏产品，且线切割精度低。而采用等离子弧切割时需采用空气等离子弧，这样容易造成产品过烧或挂渣等现象且切割精度较低。而采用激光切割方法的切割精度则较高，一般常采用CO2激光器切割铝合金。然而，这种激光器切割铝合金时其切割效率不高，且容易于切缝中产生挂渣、毛边及崩边，影响切割质量。
发明内容
基于此，有必要提供一种切割效率较高且切割质量较好的激光切割设备及其切割方法。
一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。
在其中一个实施方式中，所述冷却液为冷却水，所述工件为铝合金工件。
在其中一个实施方式中，所述收容槽体中设置有定位治具，所述定位治具浸入于所述冷却液中并用于固定所述工件。
在其中一个实施方式中，所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器、两个反射镜片、扩束镜、波片、振镜以及聚焦镜头，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置。
在其中一个实施方式中，所述两个反射镜片相互平行设置并均与所述扩束镜呈45度角设置。
一种激光切割方法，包括以下步骤：将工件浸入冷却液中并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。
在其中一个实施方式中，所述冷却液为冷却水，并装设于收容槽体中，所述工件为铝合金工件。
在其中一个实施方式中，所述收容槽体中设置有定位治具，所述将工件浸入冷却液中的步骤包括：将所述工件置放于所述定位治具上并浸入所述冷却液中，采用CCD定位器定位所述工件。
在其中一个实施方式中，所述定位治具浸入于所述冷却液中，所述工件还包括冷却面，所述冷却面与所述切割面相对设置，所述冷却面浸入于所述冷却液中。
在其中一个实施方式中，所述工件还包括侧面，所述侧面连接所述切割面与所述冷却面，所述侧面浸入于所述冷却液中。
在采用激光切割工件时，工件上切缝处的温度很高，借助冷却液可使工件的切缝处周边形成很大的温度梯度，该温度梯度一方面可避免切割过程中切缝处的再次熔合，进而提高切割效率。另一方面，该温度梯度可促使切缝处周边的材料完成热处理，使细化晶粒，增加工件切缝处的强度，而且可以极大地降低切割过程的切缝挂渣、毛边、崩边的不良情况，从而实现铝合金的高效率、高质量的切割。
附图说明
图1为一实施例的激光切割设备的平面示意图。
图2为一实施例的激光切割方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明涉及一种激光切割方法。例如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构。所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。又如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。例如，一种激光切割方法，包括以下步骤：将工件浸入冷却液中并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。又如，一种激光切割方法，包括以下步骤：将工件浸入冷却液中并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。
请参阅图1，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体包括收容槽体201以及收容于所述收容槽体内的冷却液202，所述冷却液用于浸润工件203并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。
在采用激光切割工件时，工件上切缝处的温度很高，借助冷却液可使工件的切缝处周边形成很大的温度梯度，该温度梯度一方面可避免切割过程中切缝处的再次熔合，进而提高切割效率。另一方面，该温度梯度可促使切缝处周边的材料完成热处理，使细化晶粒，增加工件切缝处的强度，而且可以极大地降低切割过程的切缝挂渣、毛边、崩边的不良情况，从而实现铝合金的高效率、高质量的切割。
例如，为了快速形成温度梯度，所述冷却液为冷却水，所述工件为铝合金工件。例如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述冷却液为冷却水，所述工件为铝合金工件。由于所述冷却液为冷却水，因此可以利用所述冷却水似的切缝处快速形成温度梯度，以避免切缝处的再次熔合。例如，为了定位所述工件，所述收容槽体中设置有定位治具204，所述定位治具浸入于所述冷却液中并用于固定所述工件。例如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述收容槽体中设置有定位治具204，所述定位治具浸入于所述冷却液中并用于固定所述工件。通过于所述冷却液中设置所述定位治具，从而使得所述工件的定位较为方便。又如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述冷却液为冷却水，所述工件为铝合金工件，所述收容槽体中设置有定位治具204，所述定位治具浸入于所述冷却液中并用于固定所述工件。
例如，为了聚焦激光，所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器101、两个反射镜片102/103、扩束镜104、波片105、振镜106以及聚焦镜头107，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置。所述两个反射镜片相互平行设置并均与所述扩束镜呈45度角设置。例如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器、两个反射镜片、扩束镜、波片、振镜以及聚焦镜头，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置，所述波片的光轴与偏振光的入射振动面之间的夹角为45度，所述波片可将入射光由线偏振转化为圆偏振，此时激光在X/Y方向的能量一致，可解决工件的切缝宽度不一致的问题。所述激光传输经过振镜后经由聚焦镜头聚焦成小光斑后用于铝合金的切割，从而提高所述工件的切割效率。例如，所述激光切割设备还包括CCD定位器301，所述CCD定位器与所述收容槽体相对设置，用于定位所述工件。
又如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述激光切割设备还包括CCD定位器301，所述CCD定位器与所述收容槽体相对设置，用于定位所述工件。通过设置CCD定位器，可以准确地定位所述工件。例如，一种激光切割设备，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割，其中所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器、两个反射镜片、扩束镜、波片、振镜以及聚焦镜头，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置，其中所述激光切割设备还包括CCD定位器301，所述CCD定位器与所述收容槽体相对设置，用于定位所述工件。
例如，为了提高切割效率，所述激光切割设备包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却水，所述冷却水用于浸润工件并露出所述铝合金工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述铝合金工件的切割面上以进行激光切割，所述收容槽体中设置有定位治具，所述定位治具浸入于所述冷却水中并用于固定所述铝合金工件，所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器、两个反射镜片、扩束镜、波片、振镜以及聚焦镜头，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置，所述两个反射镜片相互平行设置并均与所述扩束镜呈45度角设置。通过收容所述冷却水来辅助切割所述铝合金工件，从而使得所述铝合金工件的切割更为迅速。
请参阅图2，一种激光切割方法，包括以下步骤：
于步骤S101中，将工件浸入冷却液中并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及
于步骤S102中，聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。
在采用激光切割方法中，工件上切缝处的温度很高，借助冷却液可使工件的切缝处周边形成很大的温度梯度，该温度梯度一方面可避免切割过程中切缝处的再次熔合，进而提高切割效率。另一方面，该温度梯度可促使切缝处周边的材料完成热处理，使细化晶粒，增加工件切缝处的强度，而且可以极大地降低切割过程的切缝挂渣、毛边、崩边的不良情况，从而实现铝合金的高效率、高质量的切割。
例如，为了便于及时形成该温度梯度，所述冷却液为冷却水，并装设于收容槽体中，所述工件为铝合金工件。例如，所述激光切割方法包括以下步骤：将铝合金工件浸入冷却水中并将所述铝合金工件的切割面暴露于所述冷却水的外侧；以及聚焦激光于所述铝合金工件的切割面上并利用所述激光对所述铝合金工件进行切割。在对所述铝合金工件进行切割时，通过利用所述冷却水冷却所述铝合金工件，使得所述铝合金工件的切缝处产生温度梯度，低温处的材料能够防止所述切缝处的材料再次熔合，提高切割效率。
例如，所述收容槽体中设置有定位治具，所述将工件浸入冷却液中的步骤包括：将所述工件置放于所述定位治具上并浸入所述冷却液中，采用CCD定位器定位所述工件。所述定位治具浸入于所述冷却液中，所述工件还包括冷却面，所述冷却面与所述切割面相对设置，所述冷却面浸入于所述冷却液中。所述工件还包括侧面，所述侧面连接所述切割面与所述冷却面，所述侧面浸入于所述冷却液中。例如，所述激光切割方法包括以下步骤：将所述工件置放于所述定位治具上并浸入所述冷却液中，采用CCD定位器定位所述工件，并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。通过采用CCD定位器，可以将工件准确地定位于所述收容槽体中，从而实现工件的准确定位。
本发明涉及一种铝合金的激光切割装置及冷却方法。尤其是薄型高强铝合金。薄型铝合金常采用线切割、等离子弧切割、激光切割等方法。采用线切割的方法，常辅助冷却液，会弄脏产品，且精度低；等离子弧切割时采用空气等离子弧，容易造成过烧、挂渣等现象且精度较低；激光切割精度较高，国内外常采用CO2激光器切割铝合金，但由于铝合金对该激光的反射率较高，切割质量并不高，同时采取的氧气或者氩气成本较高。本发明实施例的目的在于提供一种铝合金的激光切割装置及冷却方法，可高精度、高效率和高质量的切割薄型高强铝合金，同时可解决过程中的切割缝宽不一致的问题。所述激光切割设备包括：激光器、光学传输系统、波片系统、振镜扫描聚焦系统，冷却方法，CCD定位系统，其装置及冷却装置见图1。为了实现上述的目的，可采用以下的技术方案：激光器101产生激光，沿着一对45度反射镜片102、103传输，经过扩束镜104到达波片105，波片105安装时其光轴与偏振光的入射振动面夹角为45度，可将线偏振转化为圆偏振，此时激光在X/Y方向的能量一致，可解决切割缝宽不一致的问题，然后激光传输经过振镜106、聚焦镜头107聚焦成小光斑后用于铝合金的切割。切割铝合金产品203(即铝合金工件)时，采用的冷却方式为水冷，治具204(即定位治具)用于吸附固定铝合金产品203，水槽201(即收容槽体)中的液态水202(即冷却液)用于带走铝合金产品切割产生的热量。在激光切割铝合金产品时，切割处的温度很高，水与切缝处的温度差会形成很大的温度梯度，一方面可避免切割过程中切缝处的再次熔合，可提高切割效率，另一方面，该温度梯度可促使切缝周边的铝合金完成热处理，细化晶粒，增加铝合金切缝处的强度。这些均可大大降低切割过程的切缝挂渣、毛边、崩边的不良情况，从而实现铝合金的高效率及高质量的切割。该切割装置配有CCD定位系统301(即CCD定位器)，可准确的定位产品，通过CCD系统与激光系统间的通讯和数据转换，实现对铝合金产品的高精度切割。所述的激光器为紫外波段的激光器，波长为355纳米。所述的光学传输系统包括两块45度紫外反射镜片和紫外扩束镜。波片系统所采用的波片为四分之一紫外波片。所述的冷却系统为自制的可循环使用的冷却系统，冷却介质为水，并可保持水箱液面的稳定。产品的固定方式为真空吸附，采用水泵抽水与产品间形成真空，可实现产品的吸附和冷却。产品的定位方式为1100万像素CCD系统的拍摄，可高精定位度产品，从而完成高精度切割。所述铝合金工件为0.1毫米-1毫米的薄型铝合金板。将铝合金产品203放置于治具204上，随着冷却循环系统运行，吸附固定铝合金产品203于治具204上。1100万像素CCD系统301成像定位铝合金产品的外框,实现产品的定位，CCD系统将该成像数据传输给到整机的激光系统。激光器101产生激光，沿着一对45度反射镜片102、103传输，经过扩束镜104到达波片105，透过波片后经振镜系统、聚焦镜头聚焦形成最小光斑。振镜系统根据CCD系统传输的数据和切割图形，对产品需加工的区域进行精确的激光切割加工。可循环的冷却系统，一方面，可带走激光加工产生的热量，从而实现快速高效加工，另一方面，水的冷却，使水与切缝处的温度差会形成很大的温度梯度，可实现加工区域的铝合金固溶强化，从而强化切缝边缘的强度，大大减少毛边和崩边的现象，实现高质量的加工；同时，冷却水的循环能带走加工过程中的残渣，从而使产品加工后表面清洁，从而可达到高质量的加工。在高精度的CCD成像定位系统、稳定的激光加工系统、高效的冷却循环系统的共同作用下，可完成对薄型高强铝合金高精度、高效率和高质量的切割加工。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光切割设备，其特征在于，包括收容槽体与激光聚焦机构，所述收容槽体内设置有冷却液，所述冷却液用于浸润工件并露出所述工件的切割面，所述激光聚焦机构与所述收容槽体相对设置，所述激光聚焦机构用于聚焦激光于所述工件的切割面上以进行激光切割。
2.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述冷却液为冷却水，所述工件为铝合金工件。
3.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述收容槽体中设置有定位治具，所述定位治具浸入于所述冷却液中并用于固定所述工件。
4.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光聚焦机构包括依序设置的激光器、两个反射镜片、扩束镜、波片、振镜以及聚焦镜头，所述聚焦镜头与所述收容槽体相对设置。
5.根据权利要求4所述的激光切割设备，其特征在于，所述两个反射镜片相互平行设置并均与所述扩束镜呈45度角设置。
6.一种激光切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
将工件浸入冷却液中并将所述工件的切割面暴露于所述冷却液的外侧；以及
聚焦激光于所述工件的切割面上并利用所述激光对所述工件进行切割。
7.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述冷却液为冷却水，并装设于收容槽体中，所述工件为铝合金工件。
8.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于，所述收容槽体中设置有定位治具，所述将工件浸入冷却液中的步骤包括：将所述工件置放于所述定位治具上并浸入所述冷却液中，采用CCD定位器定位所述工件。
9.根据权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于，所述定位治具浸入于所述冷却液中，所述工件还包括冷却面，所述冷却面与所述切割面相对设置，所述冷却面浸入于所述冷却液中。
10.根据权利要求9所述的激光切割方法，其特征在于，所述工件还包括侧面，所述侧面连接所述切割面与所述冷却面，所述侧面浸入于所述冷却液中。
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